Автор: Мамичев Д.И.
Теги: электротехника общая радиотехника робототехника поделки
ISBN: 978-5-91359-162-3
Год: 2015
Текст
УДК 621.396.6
ББК 32.84
М 22
Мамичев Д.
Роботы своими руками. Игрушечная электроника. — М: СОЛОН-Пресс,
2015.-160 с: ил.
ISBN 978-5-91359-162-3
Эта книга написана одним из постоянных авторов журнала РАДИО. Темати-
ка его публикаций в разделе для начинающих электронные игры, игрушки, су-
вениры. Книга состоит из двух частей. В первой части изложены общие вопро-
сы конструирования самодельных игрушек, игр, игрушечных — роботов,
сувениров. Во второй части собственно даны описания конструкций, система-
тизированные по четырём направлениям, часть из которых ранее нигде не пу-
бликовалась. Предполагаемый круг читателей — начинающие электронщики,
любители конструировать с паяльником в руках, люди увлекающиеся изготов-
лением подарочных игрушек-сувениров с «электронной начинкой», просто от-
цы кому интересны собственные дети, педагоги дополнительного образования,
желающие научить детей разбираться в азах «конструирования своими руками».
Сайт журнала «Ремонт & Сервис»: www.remserv.ru
Сайт издательства «СОЛОН-Пресс»: www.solon-press.ru
КНИГА-ПОЧТОЙ
Книги издательства «СОЛОН-Пресс» можно заказать наложенным платежом (опла-
та при получении) по фиксированной цене. Заказ можно оформить одним из трех спо-
собов:
1. Послать открытку или письмо по адресу: 123001, Москва, а/я 82.
2. Оформить заказ на сайте www.solon-press.ru в разделе «Книга — почтой».
3. Заказать книгу по тел.: (495) 617-39-64, (495) 617-39-65.
Каталог издательства высылается по почте бесплатно.
При оформлении заказа следует правильно и полностью указать адрес, по которому
должны быть высланы книги, а также фамилию, имя и отчество получателя. Желатель-
но указать дополнительно свой телефон и адрес электронной почты.
Через Интернет вы можете в любое время получить свежий каталог издательства
«СОЛОН-Пресс», считав его с адреса http://www.solon-press.ru/docs/Katalog^Solon_Press.xls.
Интернет-магазин размещен на сайте www.solon-press.ru.
По вопросам приобретения обращаться:
ООО «ПЛАНЕТА АЛЬЯНС»
Тел: (499) 782-38-89,
www.alians-kniga. ru
ISBN 978-5-91359-162-3 © Мамичев Д., 2015
© «СОЛОН-Пресс», 2015
Содержание
Предисловие 6
Часть 1
Глава 1. Соединяем и разъединяем 10
Глава 2. Разработка и изготовление печатной платы конструкции под
«собственные условия» 19
Глава 3. О взаимозаменяемости 32
Часть 2
Глава 1. Сколько светодиодов в гирлянде может «зажечь пальчиковая
батарейка»? 46
Светодиодный «карандаш» для рисования светом 46
Светодиодная звезда 51
Светодиодный сувенир «Сердце двоих» 56
Светодиодный ночной автономный маркер 61
Ёлка-палка 66
Светодиодная новогодняя трёхканальная гирлянда 69
Глава 2. Роботы-игрушки своими руками 73
Виброход 74
Автоматическая подсветка для виброхода 77
Виброход идёт по линии 79
Управляемый танк-виброход 83
«Пограничный» рюбот 87
Робот «Пилигрим» 96
Робот «Отшельник» 101
Робот с одним ведущим колесом 106
BEAM робот «Солнечный ветроход» 113
Виброполигон для безмоторных виброходов 117
Вечно начинающим посвящается...
Предисловие
Я не знаю, мой читатель, сколько тебе лет, да это и не столь важно
для начинающего. Начинающего что-то новое и интересное, полез-
ное для себя или окружающих.
Развитие любой цивилизации напрямую зависит от развития нау-
ки и техники. Любая техника или полезные конструкции, в конечном
счёте, призваны облегчить жизнь человека, освободить дополнитель-
ное время в ней, которое он может потратить на нечто более важное
(например, на развитие той же техники).
Весь прошлый век был веком появления и бурного роста радиоэ-
лектроники. Трудно найти область созидательной деятельности че-
ловека, где так или иначе не используются устройства радиоэлектро-
ники. Благодаря ей машины становятся «умными», способными са-
мостоятельно решать поставленные задачи. Но создавать и учить
машины приходиться человеку. Он Бог и Творец машин.
Творчество — основа самореализации личности человека, если хо-
тите стержень успешности в жизни. Более четверти века назад сотни
тысяч «инженеров — электронщиков», ремонтников, конструкторов
и сборщиков РЭА совмещали профессию с увлечением или как ска-
жут сегодня — с хобби. Они были счастливы, потому что творили.
Радиолюбительский журнал «Радио» выходил миллионным тиражом.
Государство имело огромный потенциал высоквалифицированных
творческих профессионалов. Сегодня у нас дефицит инженеров, мы
мало что делаем руками — больше добываем и продаём. И тут вспо-
минаются слова академика А.Ф. Иоффе «Чтобы не остаться позади,
есть только одно средство — идти вперёд!»
Путь в профессию, а иногда и в самой профессии начинается с ув-
лечения, например техническим творчеством. Мой отец по профес-
сии учитель увлёкся радиотехникой в начале 60-х годов прошлого
века. Собирая приёмники прямого усиления по схемам В. Плотнико-
Предисловие
ва, М. Румянцева, В. Морозова, В. Верютина, своё увлечение он пе-
ренёс в профессию, организовав школьные радиокружки для детей.
Детство!.. — наивная пора ожидания чуда. Человек выходит из него
и неминуемо, рано или поздно, вновь возвращается... Небольшой ка-
бинет-комната, стол с ящиками. На столе разложено множество раз-
ноцветных «жучков — червячков» и инструменты для их «пыток».
Папа гнёт им ножки, откусывает и расставляет по пластинке, прижи-
гает паяльником (главное орудие пыток) — «это детали, и я их монти-
рую» — говорит он мне. «А зачем, им же больно?» — не унимаюсь я.
«Сиди тихо, узнаешь» — отвечает он. Сижу тихо — смотрю целую веч-
ность, как на пластинке растёт жучиный отряд. Растёт, а ничего не
происходит. Скучно. Убегаю играть в сад перед домом. Вдруг слышу
из комнаты через форточку чей-то чужой громкий голос. Голос о
чем-то монотонно рассказывает. «Это кто?» — вбегаю в комнату и
слышу, что голос звучит со стола. «Это что?» — переспрашиваю.
«Это — они. Твои жучки» — улыбается отец — «Это ты их научил!?» —
восторженно вопрошаю — «Нет. Они сами» — громко смеясь, отвеча-
ет он...Отца давно уже нет. А память есть. Память — она остаётся на-
всегда.
На все года. Чувство радости и восторга, рождённое творчеством!
Любой, кто хотя бы однажды реализовывал, воплощал свой замысел,
доносил до окружающих идею в конструкции, знает, о чём я говорю.
В творчестве рождается уважение к труду, появляется пытливость
ума, растёт желание быть полезным другим, постигать новое.
Человек с рождения осваивает мир. Первым объектом познания,
конечно же, является игрушка. Любимая, неповторимая, единствен-
ная и такая разная, она приучает нас к целенаправленной, осмыслен-
ной деятельности, способствует развитию мышления, памяти, речи,
эмоций. Игрушки широко используются в обучении детей, особенно
для развития детского, технического и художественного творчества.
Мы постоянно дарим их друг другу, иногда сооружаем игрушки сво-
ими руками, вкладывая в них некий тайный смысл и «кусочек себя».
Вот здесь ты, читатель, наверное, и спросишь — «О чём эта книга?
Что в ней?» Отвечу коротко и ясно. В ней статьи — описания изготов-
ления электронных игрушек, игрушек — сувениров, электронных
игр, различных игрушечных конструкций. Все они имеют несложные
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
принципиальные схемы, схожие «технологии» изготовления на до-
ступной элементной и ресурсно-материальной базе. Рассчитаны на
повторение начинающими радиолюбителями и способствуют акти-
визации творчества, и надеюсь появлению приятного времяпрепро-
вождения. Успехов и удачи!
Дмитрий Мамичев
Часть 1
Эта часть книги посвящена общим вопросам техноло-
гии повторения конструкций, её «философии». Мате-
риал, изложенный здесь лишь, обрисовывает контуры
множества вопросов, которые могут возникнуть при
желании сделать подобные изделия самому. Однако и
ограждает тебя, читатель от ошибочных путей повто-
рения.
Глава 1
Соединяем и разъединяем...
Конструировать — в общем значении слова — созда-
вать или преобразовывать сущее, то есть материаль-
ное в новые комбинации, сочетания иных свойств. Мы
просто разъединяем и соединяем, многократно повто-
ряя одно и то же, каждый раз по — новому. Почти все
конструкции, описанные в этом сборнике, содержат
печатные платы с радиоэлементами. Платы помещены
в корпуса или футляры, в основном пластмассовые.
Поэтому в первой главе кратко изложены вопросы
обработки применяемых материалов резанием, пай-
кой и склеиванием.
Соединение элементов пайкой
Пайка используется для создания неразъемного контакта выводов
элементов между собой или между выводом элемента и контактной
дорожкой печатной платы с помощью припоя — сплава, имеющего
более низкую по сравнению с соединяемыми элементами металла
температуру плавления. Таким образом, соединение пайкой обеспе-
чивает механическое крепление элементов при наличии надёжного
электрического контакта с малым переходным сопротивлением.
При процессе пайки места соединений нагревают. Так как припой
имеет температуру плавления значительно ниже, чем соединяемый
металл (или металлы), то он плавится, в то время как основной ме-
талл остаётся твёрдым. На границе соприкосновения расплавленного
припоя с металлом происходят различного рода физико-химические
процессы. Например, смачивание металла припоем, растекание по
его поверхности, заполнение пустот и зазоров между соединяемыми
деталями. При этом составляющие припоя диффундируют в основ-
10
Глава 1. Соединяем и разъединяем...
ной металл, граничный слой основного металла растворяется в при-
пое, в результате чего образуется промежуточная прослойка, которая
после застывания соединяет детали в одно целое.
Для практической реализации процесса монтажа радиоэлементов
пайкой нужно три основных предмета — электрический паяльник,
расходные материалы: собственно припой (чаще всего оловянно свин-
цовый сплав) и флюс, в роли которого удобнее использовать кани-
фоль. При монтаже «выводных радиоэлементов» на печатные платы с
шириной дорожек 1,5-3 мм удобнее использовать «сетевой паяльник»
мощностью 25-40 Вт с диаметром стержня медного жала 2-4 мм. Каче-
ство пайки во многом зависит от его температуры во время процесса и
желательно предусмотреть возможность регулировки этой температу-
ры. Для этого проще всего использовать ЛАТР на рабочее напряжение
220 В, увеличивая или уменьшая напряжение на его выходе и запитав
на него паяльник можно регулировать нагрев жала.
Канифоль получают из живицы (смолистого вещества (терпен-
тин), выделяющегося при ранении деревьев хвойных пород) выпари-
ванием летучих веществ —- скипидара. Канифоль, таким образом,
аморфное хрупкое вещество, получаемое из смол хвойных деревьев.
Она легко растворяется в спирте или ацетоне. Благодаря способности
канифоли при нагреве до температуры порядка 150°С растворять ок-
сиды олова, свинца и меди, она используется в качестве флюса —
противоокислительного компонента, который очищает поверхность
при пайке и улучшает растекание припоя, уменьшая его поверхност-
ное натяжение. Канифоль чаще используют в двух формовидах: ку-
сковая (дробленые кусочки размерами от нескольких миллиметров
до сантиметров) или твёрдая, залитая в пластиковые контейнеры;
жидкая — это спиртовой раствор. Его легко можно сделать самому,
залив пузырёк с мелкокусковой — дроблёной канифолью спиртом,
например медицинским. Долив через день-два спирта, можно отре-
гулировать вязкость раствора до желаемого.
Припои бывают в виде гранул, прутков, проволоки, порошка,
фольги и даже закладных деталей. Иногда одни и те же припои в раз-
ных формовидах имеют весьма существенную разницу в цене. Легче
«добыть» пруток и с помощью пассатижей и молотка преобразовать
его в гранулу или проволоку, воспользовавшись мягкостью сплава.
11
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
Наиболее употребительные припои серии ПОС — припой оловянно-
свинцовый с числовым указанием процентного содержания олова.
Текучесть этих низкотемпературных припоев даёт возможность па-
ять поверхности сложной формы. Наибольшее использование нахо-
дят припои марки ПОС-30, ПОС-40, ПОС-60. Они применяется при
пайке соединительных проводов, элементов РЭА, лужения контакт-
ных дорожек.
Качество пайки (механическая и электрическая прочность соеди-
нения), кроме используемых видов расходных материалов, зависит
также от технологии выполнения процесса, типа соединяемых мате-
риалов, размеров и масс выводов элементов, температуры жала па-
яльника. Температуру можно контролировать на куске канифоли.
Она должна кипеть, но не гореть в месте касания жала. Кипящая ка-
нифоль приятно пахнет, быстро испаряется — дымит, но не оставля-
ет на жале сгоревших остатков черного цвета.
В общем случае «технология» включает в себя следующие подгото-
вительные и основные этапы: формовка выводов элементов РЭА
нужной длины под установку на плату — реализуется с помощью ми-
ниатюрных «утконосов» или (и) «круглогубцев», кусачек; зачистка
соединяемых поверхностей от окислов и посторонних примесей с
помощью, например, перочинного ножа или медицинского скальпе-
ля, мелкозернистой наждачной бумаги; «канифолинье» (этап необя-
зательный, но желательный) — нанесение тонкого слоя канифоли
(лучше спиртового раствора с помощью кисточки или тампона) на
поверхности; лужение поверхностей — нанесение тонкого слоя при-
поя на соединяемые поверхности; собственно пайка — распределе-
ние расплава припоя вдоль границ поверхностей соединения; обе-
спечение неподвижности элементов относительно друг друга во вре-
мя остывания и отвердевания припоя; проверка прочности
соединения (визуальная или контактная). В общем, вопреки бытую-
щему мнению, паяльник — не самое главное в процессе, потому как
участвует только в двух этапах, а существенным является время про-
хождения этапов. С одной стороны, быстрая пайка не даёт возмож-
ности прогреть поверхности, и припой ложится неровно, с рваными
краями, залипает на жало при его отрыве, после остывания отскаки-
вает от поверхности элемента, разрушая соединение. С другой сторо-
12
Глава 1. Соединяем и разъединяем...
ны, перегрев места пайки ведёт к отслоению контактной дорожки,
повреждению радиоэлемента (детали), нанесению термического
ожога кожи монтирующего, увеличению времени отвердевания спай-
ки. Одним словом, опыт «паяльщика» придёт только на практике по
изготовлению конкретных изделий, а предварительно по их макети-
рованию — имеющимся набором инструментов.
В заключение изложения вопроса несколько слов о технике безо-
пасности. Конечно, основными поражающими факторами для чело-
века при работе с пальником является удар электрическим током и
ожоги. Первый можно исключить, работая низковольтным паяльни-
ком, рассчитанным на 12 В, 24 В или 36 В, а второй исключается со-
блюдением технологии и использованием для фиксации выводов эле-
ментов относительно платы медицинского пинцета или, что чаще бы-
вает, фиксацией элемента за корпус пальцами с противоположной от
паяемого вывода стороны. Для соблюдения норм пожарной безопас-
ности нужно обязательно использовать под паяльник подставку. Она
может быть самодельная — из листа фанеры или ДСП прямоугольной
формы размером 30 см*30 см. Приблизительно в центре на расстоянии
15-20 см (в зависимости от длины паяльника) друг от друга в неё вбиты
две М — образные скобы высотой 8-10 см под жало и ручку. Скобы
можно согнуть из мягкой, стальной проволоки диаметром 2-4 мм. Не
надо экономить на размере подставки. Расчистив место на столе для
неё, вы обезопасите себя от случайного возгорания предметов, распо-
ложенных вблизи жала паяльника (особенно сверху и сбоку).
Резание листового материала ручным
лобзиком
Лобзик предназначен для криволинейного разрезания листового
материала небольшой толщины. В радиолюбительской практике ча-
ще всего таким материалом является пластмасса толщиной 2-4мм,
фольгированные гетинакс, текстолит толщиной порядка 1-2мм, орг-
стекло. Детали, вырезанные из материалов, идут на изготовление
корпусов, футляров конструкций, для заготовок печатных плат, от-
дельных элементов крепления в конструкциях.
13
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
Ручной лобзик состоит из дугообразной (С-образной) вытянутой
стальной рамки с деревянной рукояткой и пары зажимов на винтах с
гайками-барашками для крепления пильного полотна. Пильное по-
лотно тонкое и узкое, благодаря чему возможно изменение направле-
ния пиления. Рамка огибает полотно, поэтому она может обходить
края обрабатываемой детали при достаточно глубоком проникнове-
нии в материал пилки (порядка 20-25 см). При необходимости выпол-
нить рез по линии, не выходящей за границы детали, в последней вы-
сверливается отверстие, после чего полотно снимают с рамки, проде-
вают в отверстие и снова крепят в рамку. Для выполнения резки кроме
лобзика нужна струбцина, с помощью которой, например, к столу
крепят так называемый «ласточкин хвост» — прямоугольную подлож-
ку имеющею Л-образный вырез — хвост. На «хвост» кладут обрабаты-
ваемый материал и прижимают его рукой к подложке в процессе рез-
ки. Именно в вырезе во время работы и находится полотно пилки.
«Технология резки» состоит из следующих основных и вспомогатель-
ных этапов: разметка и нанесение контурных линий заготовок деталей
на расходный материал; высверливание отверстий под установку пилки
для вырезки по замкнутым внутренним контурам; собственно резка
вдоль линий; выемка заготовок из листа (отреза материала) и обработка
кромок. Таким образом, кроме лобзика, запасных пилок, «ласточкино-
го хвоста» и струбцины для выполнения процесса работы понадобиться
шило (желательно с трёхгранной заточкой), металлическая линейка с
миллиметровыми делениями, мелкозернистая наждачная бумага, на-
бор надфилей, бархатные напильники, пассатижи (плоскогубцы).
Далее об особенностях и «нюансах» выполнения работ. При выпи-
ливании постоянно следят, чтобы полотно пилки двигалось равно-
мерно и перпендикулярно к плоскости заготовки с частотой колеба-
ний приблизительно 60...80 двойных движений в минуту. Амплитуда
колебательных движений полотна должна равняться не менее двум
третям его длины. Зазор между линией разметки и пропилом не дол-
жен превышать 0,5 мм, с другой стороны нельзя, чтобы рез касался
линии контура. Линии разметки после выпиливания будут служить
границами обработки детали на последующем этапе. При наличии в
заготовке внешних и внутренних контуров в первую очередь выпили-
вают внутренние контуры. При пилении вдоль плавных кривых ли-
14
Глава 1. Соединяем и разъединяем...
ний контура — отрез материала медленно поворачивают, не прекра-
щая движения пилки в пропиле, слегка уменьшая скорость пила (при
этом допустим небольшой поворот рамки лобзика по касательной к
линии пила). Когда движение полотна приобретет нужное направле-
ние, можно пилить далее вдоль линии разметки.
Во время работы необходимо, чтобы лист материала не вибрировал.
Вибрации могут пагубно повлиять на заготовку, вызвать сколы, сло-
мы тонких элементов, привести к лопанию полотна пилки, его дефор-
мации. Поэтому во время работы отрез материала с заготовкой нужно
прижимать ладонью левой руки (если вы «правша») к плоскости «хво-
ста», отводя большой палец в сторону. Пилка при пилении должна
находиться между большим и указательным пальцем на расстоянии
не ближе 2 см от кожи, иначе при сломе пилки возможно травмирова-
ние руки. Если требуется замена полотна лобзика, то желательно это
проделывать в следующей последовательности: ослабить барашки
нижнего и верхнего зажима лобзика; удалить все обломки полотна;
вставить нижний край пилки в нижний зажим на глубину порядка
сантиметра и закрутить (направление расположения зубьев пилки
должно напоминать расположение носа на лице человека, если смо-
треть в профиль); затем ослабив, барашек верхнего зажима, подтянуть
к нему верхний конец пилки и поставив лобзик на подставку, с усили-
ем нажать на него до «погружения» верхнего конца пилки на санти-
метр в зажим и туго завинтить барашек (иногда можно использовать
для этого пассатижи). Если нужно делать внутренний пропил, то пе-
ред завинчиванием верхнего барашка полотно продевают в отверстие
возле линии разметки (диаметр таких отверстий 2-Змм).
Пилка должна быть туго натянута в рамке. Но чрезмерно сильное
натяжение может привести к поломке полотна при фигурном выпи-
ливании, к тому же результату может привести и слабое натяжении
пилки. Так что поиск компромисса — дело практики. При выпилива-
нии углов, особенно острых, свободное пространство для разворота
полотна пилки делают на той части материала, которая будет идти в
отход (на таких участках вероятнее всего возможен брак при изготов-
лении детали). Поэтому, при выпиливании контура в форме острых
углов, совершают движения пилки на месте, постепенно разворачи-
вая плоскость лобзика и заготовки по линии нужного реза.
15
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
В заключение изложения вопроса несколько слов о технике безо-
пасности. Конечно, основными поражающими факторами при рабо-
те с ручным лобзиком являются осколки ломающихся полотен пилок
и срывающийся в это время с заготовки лобзик. Синяки, ссадины,
порезы и царапины могут стать реальностью, если пренебречь следу-
ющими рекомендациями: полотно нужно хорошо закреплять в рам-
ке — гайки-барашки должны быть хорошо затянуты; при резании не
следует «стучать барашками» или зажимами по листу с заготовкой;
при работе не должно быть резких движений, особенно рывков по-
лотна, его изворотов и кручений; «отделение» пилки лобзика от за-
готовки в любых ситуациях совершают, двигая ручку вертикально
вниз-вверх и на себя; линия разметки и линия реза всегда должна
быть перед глазами; не нужно пренебрегать «ласточкиным хвостом»,
его можно выпилить самому из фанеры толщиной 6-10 мм.
Соединение элементов склеиванием
Клей — смесь, или многокомпонентная композиция на основе со-
единения различных веществ, способная прочно скреплять различ-
ные материалы. В нашем частном случае это могут быть комбинации
металл-пластмасса, резина — резина, чаще пластмасса-пластмасса,
полистирол — полистирол, или пластмасса — полистирол, картон —
пластмасса. Склеивание обусловлено образованием прочной адгези-
онной связи между прослойкой клея и материалами соединяемых по-
верхностей.
Адгезия (от латинского слова — adhaesio — прилипание) — явление
сцепления поверхностей тел. Адгезия обусловлена межмолекуляр-
ным взаимодействием в поверхностном слое материалов и характе-
ризуется удельной работой, необходимой для отделения одной по-
верхности от другой. В некоторых случаях адгезия может оказаться
сильнее, чем когезия, то есть сцепление или точнее притяжение меж-
ду молекулами внутри однородного тела — материала. Тогда, при
приложении внешнего разрывающего усилия происходит когезион-
ный разрыв, то есть разрыв в объёме менее прочного из соприкасаю-
щихся материалов.
16
Глава 1. Соединяем и разъединяем...
В радиолюбительском конструировании, когда например, нужно
сделать пластиковый футляр, удобнее пользоваться секундными кле-
ями на основе цианакрилата. Они не содержат растворителей, не вы-
зывают коррозии и отличаются коротким временем схватывания —
от нескольких секунд до нескольких минут. Активатором отвердева-
ния и появления механической прочности шва является влага,
содержащаяся в атмосфере и в микроскопических количествах име-
ющаяся на склеиваемых поверхностях. Эти клеи удобны при исполь-
зовании, так как являются однокомпонентными и хорошо приспосо-
блены для склеивания мелких деталей. Наилучший результат дости-
гается при нанесении клея на одну из поверхностей с последующим
плотным сжатием. Надежное соединение обеспечивается при хоро-
шем прилегании элементов конструкции с воздушным зазором меж-
ду склевываемыми плоскостями не более 0,2-0,3 мм. Кстати, даже
обычный секундный клей, если верить рекламе, способен выдержи-
вать нагрузку до 150-200 килограммов на 1 квадратный сантиметр.
Однако для склеивания деталей, находящихся под воздействием во-
ды и сырости, цианакриловые клеи непригодны. Они не могут также
склеивать полиэтилен, фторопласт и полипропилен.
В отличие от секундных клеев, полиуретановые клеи водостой-
кие — как например, «Момент Кристалл». В характеристики изделия
записано: «Момент Кристалл особенно хорошо подходит для склеи-
вания мягкого и жесткого поливинилхлорида, полистирола, оргстек-
ла и других пластиков, в различных сочетаниях склеивает дерево, ме-
талл, резину, бумагу, картон, полиуретан, пробку, поролон, фарфор,
керамику, стекло, кроме посуды, контактирующей с пищей». То есть
в решении вопросов, связанных с реализацией задуманного внешне-
го вида конструкции игрушки — он первый помощник. Однако со-
держание ацетона в его составе делает проблематичным склеивание
пенопластовых элементов конструкций, по причине их повреждения
(пенопласт растворяется ацетоном).
И здесь на помощь приходят сополимеры винилацетата — основа
клеев для склеивания пенополистирола (пенопласта). Водостойкие и
морозоустойчивые они образуют прозрачный шов с мелкими пузырька-
ми воздуха. Например, «Мастер Клей универсальный» можно использо-
вать для фиксации пенопласта на металл, пластмассу, стекло, керамику,
17
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
древесину. Можно надёжно защитить электрические контакты печат-
ных дорожек от воды, влаги и сырости, залив их тонким слоем клея.
Технология применения клеев состоит из общих одинаковых эта-
пов. Предварительная подготовка склеиваемых поверхностей — для
этого их надо тщательно очистить, удалив с них грязь, пыль, жир,
остатки окислов на металле, промыть водой с моющими средствами
или обработать растворителями (ацетоном, спиртом) и высушить.
Затем (при необходимости) зачистить поверхность мелкозернистой
наждачной бумагой или напильником в зависимости от материала.
Следующий этап — нанесение тонких слоев, выдавливанием из тю-
бика на одну или обе поверхности вдоль будущего шва, небольшая
временная выдержка. Далее — этап, на котором поверхности сильно
придавливают друг к другу на насколько десятков секунд, после чего
«сушат» по времени, указанному в инструкции. На окончательном
этапе образовавшийся шов прочного соединения обрабатывают на-
ждачной бумагой, удаляют излишки клея.
Для получения качественного соединения элементов (деталей)
конструкции желательно соблюдение следующих общих правил ра-
боты с клеями:
1) Перед использованием внимательно ознакомиться с инструкци-
ей по назначению и применению;
2) Выполнять этапы работы согласно рекомендациям инструкции;
3) Помнить, что прочность соединений задаётся не количеством
использованного клея, а количеством «точек» соединения, их
расположением в пространстве или плоскости, минимально-
стью зазоров заполнения клея;
4) Не экономить время на «сушке», создавая «особые условия вы-
сыхания»;
5) По возможности не подвергать склеенную деталь излишним ме-
ханическим нагрузкам.
В заключение изложения — несколько слов о технике безопасности
при работе. Многие клеи горючи, имеют неприятные ароматы и содер-
жат компоненты, вредные для здоровья человека. Поэтому желательно
проводить все работы на свежем воздухе или в помещении с хорошей
вентиляцией, вдали от открытых источников огня, избегая попадания
клея на кожу, слизистые оболочки глаз или внутрь организма.
18
Глава 2
Разработка и изготовление
печатной платы конструкции
под «собственные условия»
Довольно часто, воплощая «чужую схему в металл»,
автору изделия приходится по тем или иным причинам
разрабатывать свою версию печатной платы и изго-
тавливать её, обходясь минимумом. Как это сделать,
рассказано в этой главе.
Определение размеров заготовки платы
и вариации трассировки контактных дорожек
Вначале несколько слов о печатной плате. Печатная плата — это
пластина из листового диэлектрика, на поверхности которой сфор-
мированы электропроводящие дорожки из медной фольги. Чаще
всего в практике начинающего востребована двухслойная плата —
слой диэлектрика и слой проводника. Печатная плата предназначена
для электрического и механического соединения различных элек-
тронных элементов (компонентов) согласно электрической (прин-
ципиальной схеме). Для размещения «выводных» компонентов (эле-
ментов схемы) на печатной плате последние вставляются в неё через
просверленные отверстия и соединяются своими выводами с кон-
тактными площадками из фольги обычно термической пайкой. Та-
ким образом, плата с припаянными элементами является «сердцем»
любой электронной игрушки, а иногда и «телом», если речь идёт о
безкорпусной игрушке.
Механической основой печатной платы служит диэлектрик, в ка-
честве которого используют стеклотекстолит и гетинакс. Стеклотек-
столит собой представляет материал, состоящий из нескольких слоев
19
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
стеклоткани, количество которых задаёт толщину будущей платы.
Слои эти пропитаны полимерной термореактивной смолой и склее-
ны между собой под высоким давлением. Следует знать, что в про-
цессе обработки материала (особенно на точильном камне) в воздух
поднимается стеклянная пыль, поэтому помещение, где обрабатыва-
ется данный материал, должно быть проветриваемым. Гетинакс яв-
ляется слоистым материалом, который получают схожим способом —
путем горячего прессования бумаги, пропитанной теплореактивной
смолой. Проводящий слой — медная фольга приклеивается к диэлек-
трической подложке с одной или двух сторон. Соответственно в ра-
диолюбительской практике используется одно или двухсторонне
фольгированный стеклотекстолит или гетинакс различной толщины.
Чаще от 1 мм до 2-2,5мм. Изготавливать платы из стеклотекстолита
предпочтительнее, чем из гетинакса по причине его лучшей механи-
ческой прочности и термостойкости фольгированного слоя, да и по-
вторение конструкции следует начинать, наверное, с макетирования
схемы.
Поговорим о том, почему «радиолюбителю-игрушечнику» при по-
вторении конструкции приходится самому определять размер платы
и разрабатывать свой вариант «рисунка её дорожек». К основным
причинам здесь можно отнести несколько. Первая, это замена эле-
ментов схемы на аналогичные по электрическим параметрам компо-
ненты с другими геометрическими размерами и расположением вы-
водов. Чаще эта замена касается элементов электропитания и комму-
тации, транзисторов, резисторов, рассчитанных на большую
мощность, чем необходимо, микросхем-аналогов с другой «цоколёв-
кой выводов». Вторая, это необходимость существенных или несуще-
ственных изменений в «авторской схеме» после её «макетирования»
или проверки на работоспособность, настройки. Часто на практике
это приводит к введению в схему дополнительных элементов, а соот-
ветственно и переделке платы. Третья причина, это желание повто-
ряющего придать конструкции внешний вид по своему «вкусу».
Здесь, в этой ситуации, площадь платы, как правило, остаётся неиз-
менной, меняется лишь форма и соотношения длин её сторон. К вто-
ростепенным причинам можно отнести причину невозможности по-
вторить авторский вариант из-за ограничения собственных возмож-
20
Глава 2. Разработка и изготовление печатной платы конструкции...
ностей и банальное отсутствие разработки рисунка печатной платы к
схеме.
Итак, какие этапы включает в себя разработка печатной платы
«вручную», скажем игрушки — сувенира? Напомню, у нас имеется
комплект «проверенных схемой деталей» и своё представление о
внешнем виде игрушки. Первый этап — оценочное определение фор-
мы и площади платы — задание габаритных размеров и изображение
контуров будущей платы. Второй этап основной — варьирование раз-
мещения элементов на рисунке платы, путей прокладки — трассиро-
вания контактных дорожек, попытки избавиться от проволочных пе-
ремычек. Третий этап — этап выбора оптимального варианта взаим-
ного размещения элементов, попытка «ужать» размеры платы,
размещение отверстий для крепления платы, оптимизация располо-
жения контактных площадок для монтажа соединительных проводов.
И, наконец, заключительный этап — проверка правильности выпол-
нения электрических соединений согласно принципиальной схеме.
Первый этап — с чего начать?
В большинстве любительских конструкций, в том числе и «игру-
шечной » направленности, формой платы является прямоугольник,
что подразумевает ее размещение внутри некоего корпуса — основа-
ния, например, подставки. В этом случае ориентировочные размеры
определяются внутренним свободным местом в корпусе, остающем-
ся после размещения источника питания, выключателя, иных вынос-
ных элементов схемы. Плату проще размещать параллельно внутрен-
ним поверхностям корпуса, на стойках. Поэтому максимально допу-
стимая площадь платы с заданными размерами определяется
наибольшей площадью свободной внутренней поверхности корпуса.
Следующим граничным уточнением размеров платы в сторону умень-
шения (оптимизации) является процедура размещения или расста-
новки элементов схемы на пористой поверхности, например, листо-
вом пенопласте, на площадке, подобной исходной, но существенно
меньших размеров. При расстановке следует учитывать ограничения:
• элементы должны отстоять друг от друга так, что расстояния
между любыми их поверхностями было не менее 1,5-3 мм;
21
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
• отрезки, мысленно соединяющие выводы расставленных элемен-
тов, должны быть взаимно параллельны или перпендикулярны (в
идеальном случае все элементы распределены в группы рядов);
• многовыводные элементы располагаются дальше от границ по-
верхности размещения, одно- и двухвыводные — ближе к границе;
• наименьшее расстояние между двумя соседними выводами —
2,5 мм;
• элементы, в основном, располагаются «по-соседски», что озна-
чает «соседние элементы на схеме = соседи на будущей плате»;
После расстановки нужно снять новые значения подобных разме-
ров, для получения границ, в которых можно варьировать размеры
платы.
Второй этап — с чего начать?
На листе из школьной тетради в клетку (координатная сетка с ша-
гом 5 мм) начертить несколько одинаковых прямоугольников, имею-
щих значения длины и ширины в границах между минимальным и
максимальным значениями размеров будущей платы, определенных
на первом этапе. Затем необходимо расставить точки — будущие от-
верстия под выводы элементов согласно расположению деталей на
пенопластовой пластине. Точки должны находиться в узлах коорди-
натной сетки с шагом 2,5 мм.
Далее производится рисование контактных дорожек по линиям
сетки в виде ломаных отрезков, соединяющих точки — выводы эле-
ментов согласно принципиальной схемы.
Довольно часто одни контактные дорожки мешают проведению
других дорожек. В этом случае перед препятствием и после него сле-
дует отметить дополнительно пару точек, и преодолеть препятствие с
помощью перемычки, которая станет вспомогательным элементом
монтажной платы. Если эта уловка не помогла, надлежит найти «ис-
точники конфликта» — элементы, дорожки от выводов которых пе-
ресекаются, и попробовать эти элементы развернуть, поменять ме-
стами с соседними, сдвинуть, устранив, таким образом, пересечение
дорожек. В крайнем случае, можно увеличить размер рисунка платы
и вновь произвести трассировку проводящих дорожек.
22
Глава 2. Разработка и изготовление печатной платы конструкции...
Рисование дорожек следует производить последовательно, «читая»
схему слева направо, сверху вниз. Кроме того, необходимо помнить о
дополнительных контактных площадках под выводы соединитель-
ных проводов. Эти площадки лучше располагать по краям платы с
двух противоположных сторон.
После того, как все дорожки-отрезки начерчены, а точки расстав-
лены, их нужно аккуратно обрисовать, для чего следует нанести кон-
туры печатных дорожек и контактных площадок в их натуральном
размере.
Ширина дорожек конструкций, о которых пойдет речь во второй
части книги, составляет 1,5-2 мм, диаметр площадок — 2-3 мм, диа-
метр отверстий 0,8-1 мм.
Третий этап — зачем он?
На этом этапе, после изготовления рисунка печатной платы, вновь
возвращаемся к вопросу о возможном уменьшении ее размеров, оп-
тимальному выбору точек расположения соединительных проводов,
отверстий под крепление платы.
Довольно часто расстояние между группами рядов элементов или
отдельными элементами, можно уменьшить на шаг сетки, т.е. на
2,5 мм. Данный факт может привести к общему сдвигу групп друг к
другу по всей вертикали или горизонтали платы, следовательно, к
уменьшению одного или двух ее линейных размеров. Кроме того, та-
кие «шахматные ходы» элементами или группами способствуют бо-
лее равномерному их распределению по площади платы.
Четвертый этап — важный итоговый этап разработки топологии
платы, он заключается в проверке правильности всех соединений.
На этом этапе выявляются лишние соединения, добавляются недо-
стающие.
Основные задачи, которые необходимо решить на четвертом этапе:
• проверить отсутствие забытых деталей (т.е. необходимо выявить
соответствие числа элементов схемы числу элементов платы);
• соотнести число контактных узлов схемы (терминология школь-
ной физики) к числу изолированных контактных дорожек с пло-
щадками;
23
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
• определить соответствие числа выводов элементов в общем узле
на схеме числу контактных площадок в изолированной группе
печатных дорожек.
Последнюю задачу необходимо решать для каждого схемного узла.
После проверки всех соответствий рисунок можно перерисовывать
на персональном компьютере, например, с помощью графического
редактора Sprint-Layout 4.O.
В заключение изложения вопроса — несколько практических со-
ветов и предостережений, как не превратить удовольствие от разра-
ботки «собственной платы» в каторгу:
• между каждым из 4 этапов желательно отдыхать, хотя бы
5-10 минут;
• если работа на втором этапе «не клеится» — отложите на час,
день;
• используйте авторский вариант рисунка платы как подсказку;
• не ленитесь на последнем этапе проверить дважды правильность
соединений — цена пропущенной ошибки велика, а сама ошиб-
ка потом не заметна;
• всё, что мы делаем руками, вначале «делаем головой»;
• печатные дорожки находятся с обратной стороны монтажа эле-
ментов (не забывать об этом при обозначении принадлежности
точек — отверстий выводам элементов, так называемое зеркаль-
ное отражение рисунка платы).
Доступная технология изготовления печатной
платы
Вот и добрались, дорогой читатель, до вопроса, после изучения ко-
торого ты наверняка обрушишься на меня с критикой и едкими за-
мечаниями. Доступная технология изготовления платы НАЧИНАЮ-
ЩИМ? Сегодня интернет ресурсы после такого запроса однозначно
рекомендуют химический способ (травление платы в водных солевых
растворах, например, хлорного железа). Я предлагаю тебе механиче-
ский способ — технологию изготовления дорожек с помощью само-
дельного резака. Попробую обосновать свой выбор.
24
Глава 2. Разработка и изготовление печатной платы конструкции...
При владении навыком механический способ изготовления плат
площадью 30 см2 — 40 см2 занимает меньше времени на изготовле-
ние, чем химический.
Толщина фольги дорожек готовой платы везде одинаковая (нет
«проедания» фольги).
Механический способ экологически более чистый и более безопас-
ный, чем химический, следовательно, не имеет возрастных ограниче-
ний. (Хлорид железа является токсичным высоко коррозийным сое-
динением, загрязняющим все, с чем контактирует — и безвозвратно.)
При данном способе изготовления вероятность обнаружения
ошибки и вероятность ее исправления выше.
Возможность перерывов, поэтапность в процессе изготовления
платы.
Минимальные ресурсозатраты на изготовление.
И, наконец, данная технология обязывает работать своими рука-
ми — своими руками!
Итак, моя тридцатилетняя практика (а режу я с 12 лет), говорит о
том, что резак лучше ванночки с солью. Повторю еще раз, что речь
идет об изготовлении разовых плат небольшого размера.
Поговорим об этапах изготовления платы вышеуказанным спосо-
бом. Механический способ включает в себя:
1. Подготовка заготовки платы, а именно — резка по размеру, об-
работка кромок, шлифовка поверхности фольги.
2. Наложение рисунка платы и нанесение разметки точек сверлов-
ки отверстий под выводы и крепеж с помощью шила.
3. Сверловка отверстий с помощью микродрели-сверлилки.
4. Перерисовка контуров дорожек на фольгу заготовки платы с ри-
сунка с помощью шила.
5. Основной этап — резка дорожек и площадок. Отслаивание не-
нужных фрагментов фольги.
6. Повторная шлифовка мелкозернистой наждачной бумагой и лу-
жение проводящего слоя платы.
Поясним все вышесказанное с помощью рисунков. На рис. 1 изо-
бражена рабочая часть самодельного резачка для плат. Он изготовлен
из обломка или отреза плоского надфиля — миниатюрного напиль-
25
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
Рис. 1 Рис. 2
ника с цельной металлической ручкой в форме стержня диаметром
околоЗ мм. Фаска снята с двух сторон на остриё на точильном камне.
Верхний острый угол резака составляет величину 35°-45°, нижний ту-
пой — рабочий угол — соответственно 145°-135°. Длина резачка около
9 см, ручка сформирована с помощью изоленты, навитой вокруг
стержня надфиля. Практическое изготовление платы начинают с
приклеивания ее изображения на листе к фольге (рис. 2). Затем лист
снимается, производится разметка будущих отверстий (рис. 3) и про-
рисовка шилом контуров дорожек
и площадок (рис. 4).
На пятом рисунке изображен
процесс сверловки отверстий.
Рис. 3 Рис. 4
26
Глава 2. Разработка и изготовление печатной платы конструкции...
Рис. 5 Рис. 6
Следующее изображение (рис. 6) демонстрирует основной этап из-
готовления платы — резку фольги по контурам дорожек. Во время
работы резачок следует держать под углом 15°-30° к поверхности пла-
ты, непрерывно упирая в нее, и постоянно меняя угол — как бы рас-
качивая его вверх-вниз. При этом при прохождении контура дорож-
ки или площадки плоскость резака нужно слегка отклонить в сторону
к ним, чтобы отслоение фольги вдоль линии реза шло наружу от до-
рожки, а не внутрь — за счет нее.
Далее пришла очередь отслоения излишков фольги от подложки
(рис. 7, рис. 8). В этом процессе, помимо резака, удобно использовать
миниатюрные «утконосы».
Рис. 7 Рис. 8
27
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
Рис. 9 Рис. 10
На завершающем этапе работ дорожки вновь обрабатывают мелко-
зернистой шлифовальной бумагой, покрывают спиртовым раство-
ром канифоли и залуживаются — либо полностью, либо только в ме-
стах нахождения контактных площадок, (рис. 9, рис. 10).
На этом — все, плата — готова! Осталось отрезать ее от массива сте-
клотекстолита, если это не было произведено вначале.
После приобретения начального навыка работы с резаком, меха-
нический способ изготовления становится полновесной альтернати-
вой травлению плат больших размеров с шагом координатной раз-
меточной сетки в 2,5 мм.
В заключение предложу использовать резак в качестве вспомога-
тельного инструмента — своего рода корректора печатных дорожек.
При настройке схемы или ее отладке часто приходится прерывать и
вновь восстанавливать соединение, разрезать дорожки и вновь плот-
но залуживать разрезы на них. В этих случаях резак становится неза-
менимым инструментом — удобным и компактным.
Как и любой режущий инструмент, резак необходимо использо-
вать с соблюдением определенных правил безопасности труда. Два
основных правила можно сформулировать так:
• запрещается располагать пальцы на линии движения резака при
срыве с контура реза — говоря проще, перед ним;
• нельзя непрерывно во время работы упирать ручку резака в одно
и то же место ладони — можно заработать водяной мозоль.
Рассмотрим типичные ошибки при резке фольги.
28
Глава 2. Разработка и изготовление печатной платы конструкции...
Чрезмерное надавливание на резак приведет к разрезанию не толь-
ко фольги, но и стеклоткани поверхностных слоев диэлектрика.
При слабом надавливании фольга не прорезается, резак вязнет в
меди, срывается и уходит с контура дорожки.
Потеря угла наклона плоскости резака к дорожке или неправиль-
ный наклон (от нее) приведет к тому, что часть фольги дорожки вдоль
контура реза отслоится.
Отсутствие плавных покачиваний инструмента при резке приво-
дит к трудностям прорезывания контактных площадок и коротких
дорожек, линии реза теряют плавность.
Особенности печатных плат конструкций
Подавляющее большинство практических конструкций, собран-
ных в этой книге, питаются от химических источников постоянного
тока, потребляя не более десятков-сотни миллиампер. И это понятно.
Все конструкции — для начинающих, иногда — юных конструкторов.
Такая гарантированная электробезопасность накладывает определен-
ные вольности на условия разработки печатных плат. Впрочем, и те-
матическая направленность конструкций обеспечивается этими ус-
ловиями. Плюс — фантазия, не только автора, но и твоя, читатель-
творец, может привести к тому, что плата будущей конструкции:
• предстанет по форме не только прямоугольником, но и пятиу-
гольником, треугольником, кругом, овалом, елочкой, палочкой,
сердечком, стрелочкой, бубликом, и много чем еще;
• будет рассверлена не только отверстиями под крепления, но и
обзаведется собственными «ножками», «ушками», осью враще-
ния, резиновыми бортиками, или превратится в стенку корпуса
изделия;
• окажется незаметной из-за деталей, расположенных, налеплен-
ных на ней или, наоборот, будет пустынной;
• укутается ворохом соединительных проводов, или станет все
хранить в себе;
• начнет пылиться на столе в сувенире, или примется карандашом
летать по воздуху.
29
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
Да мало ли какие еще испытания — условия ей предстоят! Их все
желательно учитывать еще на стадии разработки, чтобы не разочаро-
вываться в удаче созидания и применения.
Итак, обсудим на конкретных примерах.
Пример 1.
Предположим, что возможен контакт платы с брызгами, каплями
воды (радиоуправляемый катер, светодиодный маячок на велосипед-
ном колесе). То есть, как минимум, желательна защита от влаги на
проводящие дорожки и контактные площадки.
В простом случае фольгу платы можно закрыть слоем прозрачного
клея, например, для пенопласта. При этом нужно обеспечить герме-
тизацию от внешней среды, надежность электрических и механиче-
ских соединений всех элементов на плате. Залив проводящий слой
клеем, уже ничего не поправишь, не подпаяешь! Значит, пропуская
выводы элементов в отверстия, концы нужно пригибать к площадкам
и заливать припоем. Из этого следует, что размер и форма контакт-
ных площадок должны быть заведомо учтены при разработке рисун-
ка платы.
Пример 2.
Пусть планируется использование конкретного корпуса, именно с
заданным внутренним расположением выносных элементов управ-
ления и питания схемы конструкции. Возникает сложность — внутри
корпуса отсутствует одна свободная поверхность для размещения
платы нужной площади. Что делать?
Первое, что приходит в качестве решения, — разработать рисунки
двух или более монтажных плат с проводным соединением между ни-
ми. Но каждую плату необходимо закрепить! Это не всегда удобно.
Второе решение: соединить эти платы тоже платой, соедини-
тельной. В этом случае нужно разработать Н-образные, П-образные,
Т-образные, или С-образные платы. Из двух монтажных и одной со-
единительной получится одна общая плата, но вырезать ее — искус-
ство!
30
Глава 2. Разработка и изготовление печатной платы конструкции...
Следующий вариант — разработать плату по форме основания кор-
пуса конструкции. Подобно крышке, плата закроет корпус, элемен-
ты монтажа заполнят пустоты внутри. Конечно, такую плату сочи-
нить сложнее всех! На ее монтажной стороне часть электронных ком-
понентов будет стоять, часть элементов будет лежать, отдельные
участки платы окажутся пустыми, или будут содержать только пере-
мычки. Но именно такая плата станет самой подходящей для корпуса
изделия.
Принятие решения, выбор действий — за конструктором. Именно
он станет разработчиком внешнего вида платы.
Какой вывод из всего вышесказанного? Облик монтажной платы
конструкции зависит не только от электрической схемы, типов эле-
ментов, подобранных для ее реализации, но и назначения конструк-
ции, условий использования, от того, как конструкция будет выгля-
деть внешне.
31
Глава 3
О взаимозаменяемости...
Нам — всё необходимо. Лишнего —
в мире нет...
ЮМ. Лотман
В данной главе поднимаются и рассматриваются вопросы о воз-
можных вариантах замен радиоэлементов схем, материалов, ис-
пользуемых в конструкциях. Обсуждаются возможные альтернати-
вы изготовления корпусов игрушек, футляров, внешних элементов
изделий.
Во многих законченных конструкциях «детской тематики» почти
всегда можно выделить основные составляющие компоненты. Их
проработка, продумывание материализации требует времени и фан-
тазии от начинающего конструктора. Причём выбор одного из них в
качестве базового — реперного, влечёт неминуемые последствия —
условия для разработки других...
По мнению автора, конструкция состоит (материализуется) из
внешнего и внутреннего компонента. Внешний компонент опреде-
ляется наличием принадлежностей конструкции и собственно самой
конструкцией — образом изделия в нашем восприятии. К принад-
лежностям можно отнести полигоны, игровые поля, фишки, правила
игры в рамочке, например, или таблицы результатов игр, соревнова-
ний. Образ изделия определяет корпус, футляр, компоненты декора,
имитационные элементы его внешнего вида. Их взаимное располо-
жение, цветовое и конструкционное решение.
Внутренние компоненты можно выделить как управляющие — ре-
гулирующие, преобразующие, исполнительные. Первую группу
представляют, например, переменные и подстроечные резисторы,
32
Глава 3. О взаимозаменяемости...
кнопки, концевики, фототранзисторы, самодельные регулировоч-
ные элементы — всё то, что даёт возможность изменять условия экс-
плуатации изделия в конкретной ситуации. Материализация преоб-
разующего компонента это изготовление монтажной платы, реали-
зация принципиальной схемы в «металле натуры». И наконец, к
исполнительным компонентам изделия можно отнести, например
светодиодный индикатор, ходовую часть робота, стрелочный инди-
катор, маятник колебательной системы игрушки-сувенира.
Как подобрать аналог элемента схемы
Большинство элементов РЭА могут быть легко заменены на анало-
гичные, близкие по электрическим параметрам, без качественных
потерь в работе устройства.
Наиболее простой замене подлежат постоянные резисторы и кон-
денсаторы. Для резисторов основными параметрами являются: но-
минал сопротивления и рассеиваемая мощность. При замене рези-
сторы можно устанавливать большей мощности, чем это указано на
схеме, меньшей нежелательно, велика вероятность их нагревания.
Резисторы большой мощности имеют большие габариты, что надо
учитывать при разработке печатной платы. К основным, используе-
мым типам, относятся резисторы МЛТ-0,125, МЛТ-0,25, УЛМ, С2-
23. Переменные и подстроечные резисторы кроме перечисленных
параметров имеют еще одну характеристику — зависимость измене-
ния величины сопротивления от угла поворота движка. От этого па-
раметра зависит плавность регулировки характеристик изделия.
Буква А — означает линейную зависимость, логарифмическая с ин-
дексом Б и редкая обратнологарифмическая с индексом В. В кон-
струкциях о которых пойдёт речь во второй части допустимы замены
резисторов с любыми индексами. К наиболее употребительным
можно отнести подстроечные резисторы типа СПЗ-3, СПЗ-16, СП-
0,5, переменные типа СП или СПО.
Конденсаторы постоянной ёмкости кроме её значения имеют ве-
личину предельно допустимого рабочего напряжения. При замене
нужно пользоваться простым правилом — выше, чем указано на схе-
33
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
ме, напряжение конденсатора допустимо, ниже нельзя. Таким обра-
зом, можно использовать при замене конденсаторы любых типов,
учитывая лишь номинальную емкость и рабочее напряжение. Наи-
более употребительными являются танталовые и оксидно-полупро-
водниковые, например типа К52-1А и К53-28.
У диодов, практическими для учитывания параметрами являются
предельно допустимые прямой ток, обратное напряжение и прямое
падение напряжения. У германиевых диодов, особенно маломощ-
ных, обратный ток существенно больше, чем у кремниевых. Также он
в большей степени зависит от температуры. По этой причине лучше
использовать в цифровых схемах кремниевые диоды, например
КД521, КД522, КД509 с индексами Б, В. Однако, если говорить в це-
лом, кроме означенных в «игрушечном направлении» используются
маломощные диоды серий Д220, Д223, КД 103, КД503, диоды Шотки
импортного производства 1N5818, 1N5817, 1N5819.
Транзисторы при подборе аналогов должны избираться из того же
класса (маломощные, средней мощности, мощные, высокочастот-
ные и т. д.) и с параметрами не уступающими, рекомендованным
транзисторам в схеме. Основные, учитываемые, параметры транзи-
сторов, при замене следующие: максимально допустимые напряже-
ние эмиттер-коллектор, ток коллектора, рассеиваемая мощность на
коллекторе, а также коэффициент усиления транзистора по току. Ча-
ще всего используются маломощные с коэффициентами усиления
50-100, допустимым током 100-200 ма и напряжением порядка 20-
50 В. Наиболее востребованными в конструкциях являются транзи-
сторы серий КТ315, КТ361, КТ814, КТ815, импортные, например
2SC3199, SA1024. Транзисторам КТ 361часто допустима замена
КТ312Б, вместо КТ315 подойдёт по случаю КТ301.
Среди микросхем типового ряда «игрушечной электроники» осо-
бое место занимает аналоговая интегральная схема — универсальный
таймер NE555. Во второй части книги будет представлена не одна
конструкция на этом компоненте. Впервые таймер был выпущен в
1971 году компанией Signetics. Автором таймера стал схемотехник
Ганс Камензинд.
Микросхема состоит из делителя напряжения с двумя опорными
напряжениями для сравнения, двух прецизионных компараторов
34
Глава 3. О взаимозаменяемости...
(низкого и высокого уровней), RS-триггера с дополнительным вхо-
дом сброса, транзисторного ключа с открытым коллектором и вы-
ходного усилителя мощности для увеличения нагрузочной способ-
ности.
Номинальное напряжение питания базовой версии микросхемы
может находиться в пределах от5В± 10% до 15 В ± 10% (то есть до-
пустимый коридор 4,5... 16,5 В), однако некоторые производители
подняли верхний предел напряжения питания до 18 В. Потребляе-
мый микросхемой ток может достигать величины 6... 15 мА в зависи-
мости от напряжения питания. Типовое потребление бывает меньше
и обычно составляет 3... 10 мА в состоянии низкого уровня и 2...9 мА —
в состоянии высокого. Максимальный выходной ток в нагрузку для
отечественного аналога — КР1006ВИ1 составляет 100 мА. Большин-
ство ныне выпускаемых зарубежных аналогов, выполненных по би-
полярной технологии, допускает выходной ток до 200 мА. Эта одна из
«изюминок использования» микросхемы. Она выпускается в 8 выво-
дном DIP корпусе. Допустима также замена с переделкой печатной
платы на спаренный таймер NE556.
Среди элементов исполнительной части конструкций доминируют
светодиоды и миниатюрные двигатели, разнообразнейших типов,
видов и назначений. Поэтому нет смысла говорить о конкретных за-
менах, но есть смысл сказать несколько слов о «стратегии замен».
Итак, большинство «ходовых игрушечных» светодиодов, яркого све-
чения «живут — светят» безболезненно в токовых границах потребле-
ния 1ма-20ма, с прямым падением напряжения от 2 В. Замену следу-
ет осуществлять, сообразно назначению элемента в конструкции,
руководствуясь двумя критериями: соотношение потребляемый
ток — яркость свечения (субъективная характеристика); эстетиче-
ское восприятие работы светодиода. При поиске замен двигателям на
первое место выходит потребление тока при сохранении тяговых воз-
можностей и реже его массо — габариты. Иными словами работает
метод практического подбора.
В заключение изложения вопроса несколько слов о том, как искать
замену. Источниками информации по аналогам элементов являются
специализированные справочники по элементам РЭА, так называе-
мые «даташиты» на электронные компоненты от производителей,
35
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
вопросы-ответы популярных радиолюбительских форумов на сайтах,
продавцы — консультанты магазинов электронных компонентов.
Как можно заменить материалы конструкции
Материалы, используемые в конструкциях игрушек должны быть
достаточно прочными, по возможности лёгкими, простыми в обра-
ботке ручным инструментом, долговечными и относительно доступ-
ными. Внешний вид поверхностей (степень их обработки) тоже име-
ет не последние значение.
Наиболее ходовыми расходными материалами при «игрушечном
конструировании» являются листовая пластмасса, слоистые пласт-
массы, пенопласт, алюминиевые, латунные и стальные детали, редко
древесина и её производная малослойная фанера.
Пластмассы или пластические массы это органические материалы,
основой которых являются синтетические или природные высоко-
молекулярные соединения, по-другому полимеры.
Пенопласт — класс материалов, представляющий собой вспенен-
ные ячеистые или пустотные пластические массы.
Слоистые пластмассы это материалы, состоящие из чередующихся
слоев листового наполнителя, например бумаги или ткани и связую-
щего компонента. Важнейшими из слоистых электроизоляционных
пластмасс являются гетинакс, текстолит и стеклотекстолит. Они со-
стоят из листовых наполнителей, располагающихся слоями, а в каче-
стве связующего вещества использованы бакелитовые, эпоксидные,
кремнийорганические смолы и их композиции.
Фанера — многослойный строительно — конструкционный мате-
риал, изготавливаемый путём склеивания специально подготовлен-
ного шпона. Количество слоев шпона обычно нечётное, от 3 и более.
Для повышения прочности фанеры слои шпона накладываются так,
чтобы волокна древесины были строго перпендикулярны предыду-
щему листу.
Древесина это сравнительно твердый и прочный волокнистый ма-
териал, который скрыт корой. Или основа ствола, ветвей, корней лю-
бого дерева. Используется в конструировании исключительно в су-
36
Глава 3. О взаимозаменяемости...
хом виде. Толщина листовых материалов в конструкциях, как прави-
ло, составляет от 2мм до 5мм.
Также к расходным металлическим материалам любой конструк-
ции можно отнести элементы крепежа: винты, гайки, болты, шайбы,
гроверы, стойки, втулки, крепёжные уголки, резьбовые шпильки,
штифты. Ходовые диаметры резьбы находятся в диапазоне 1,5мм-
4мм.
К профилям основных и дополнительных расходных материалов
можно отнести: полосовой (листовой), круглый, уголковый, трубча-
тый, реже квадратный. Их габаритные размеры в сечении чаще коле-
блются от 5мм до 30 мм.
К наиболее используемым видам или способам крепления отно-
сится: резьбовое соединение, соединение склеиванием, соединение
пайкой, реже соединение на магнитах или «сухое трение». К времен-
ным фиксациям, с целью эксперимента, можно отнести фиксацию
скотчем, изолентой, капроновой или иной нитью.
Доминирующим способом обработки материалов является реза-
ние — процесс образования новых поверхностей, путём отделения
старых, поверхностных или внутренних слоев. К резанию можно от-
нести процедуры: разрезания, опиливания (обтачивания), сверле-
ния, шлифования, строгания (срезания).
Наиболее употребительными способами отделочной обработки
поверхностей является полировка, покрытие лако-красочными слоя-
ми, синтетическими клейкими плёнками.
При подборе замен расходных материалов, в основном, следует
учитывать их эквивалентность — равнозначность по прочности, ус-
ловиям обработки, эстетичности внешнего вида, сочетаемости с дру-
гими элементами конструкции, надёжности крепления с ними.
Подбор замен должен осуществляться с условием минимизации
видов, используемых материалов, способов их обработки и соедине-
ния.
При замене не стоит использовать материалы с избыточным запа-
сом прочности. Чрезмерная толщина листового материала, больший,
чем надо диаметр винта, множественное число линий склеивания
портят внешний вид изделия. Наоборот экономия материалов делает
конструкцию «хлипкой и слабой». Приходится добавлять точки кре-
37
Мамичев Д. «Игрушечная электроника» начинающим
пления, вклеивать рёбра жесткости, что усложняет в конечном итоге
повторение изделия.
Желательно чтобы способы отделки поверхностей материалов, бы-
ли одинаковыми, особенно поверхностей внешних элементов кон-
струкции. Трудно сочетаются, например, полированная поверхность
металла с прокрашенной древесиной, или шлифованный гетинакс с
цветным пластиком.
Как сделать корпус-футляр конструкции под
собственные условия
Прежде чем говорить о собственных условиях, да и вообще об ус-
ловиях выбора, разработки и реализации внешности конструкции
уточним, в каком образе может предстать перед нами игрушечная са-
моделка. Условно эти образы можно систематизировать в четыре
группы. Первая группа футляр — корпусная (рис. 11). Вторая группа
это муляж — корпусные (рис. 12). Основой третьей группы являются
печатные платы, так называемые безкорпусные конструкции
(рис. 13). И наконец, последняя группа, игрушки гибрид — корпус-
ного исполнения (рис. 14).
Рис. 11
38
Глава 3. О взаимозаменяемости...
Puc.12
Рис. 13
39
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
Рис. 14
Постараемся охарактеризовать каждую из них. Футляр — корпус-
ные имеют следующие признаки: вся «электронная начинка» локали-
зована внутри коробки, банки или контейнера; на одной или несколь-
ких поверхностях корпус имеет окна, отверстия или пазы для вывода
наружу частей управляюще — регулирующих и исполнительных ком-
понент. Изделия второй группы характеризуются внешним сходством
с реальным объектом повторения. Внутри или скрыто снаружи содер-
жат управляюще — регулирующие, преобразующие и исполнитель-
ные компоненты. Акцент восприятия таких самоделок смещен и со-
средоточен на подобии, похожести игрушки и реального объекта.
Особенностями безкорпусных поделок являются наличие дополни-
тельно смонтированных на ней элементов, несущих различные соче-
тания декоративных, функциональных, эстетических назначений.
40
Глава 3. О взаимозаменяемости...
Опорные ножки или усики, миниатюрные фигурки объектов или их
частей, своеобразные самодельные выключатели питания или инди-
каторы работы вот далеко неполный список этих элементов. Индиви-
дуальный мало на что похожий рельеф печатной платы изделия ещё
одна отличительная особенность таких игрушек, сувениров. В них
ничего нигде нельзя спрятать всё на виду. В гибрид — корпусных по-
делках «напоказ» выставляется только часть внутренних компонент
законченной конструкции, чаще всего исполнительные компоненты.
Остальное укрыто в корпусе — подвале или точнее подставке, хотя
корпус — потолок тоже не исключается. «Показушно — рабочая»
часть, как правило, жестко крепится к основанию, но иногда может
быть соединена гибко, например многожильными, много проводны-
ми шнурами с корпусом — футляром.
Какие же условия надо учитывать при выборе маршрута повторе-
ния конструкции? Какой вариант реализации внешнего вида вы-
брать? Укажем основные условия:
1. Степень сложности повторения авторского варианта
2. Уровень материально-ресурсных возможностей
3. Уровень владения технологиями обработки, используемых мате-
риалов
4. Степень восприятия окружающего мира в художественно —
эстетическом преломлении
5. Чёткость понимания назначения изделия
Позволь далее читатель по всему выше сказанному дать тебе не-
сколько практических советов, рекомендаций и поделится наблюде-
ниями.
1. Начинать удобнее от простого, двигаясь к сложному. Самая про-
стая и доступная повторению это первая группа внешнего вида
конструкций. Самое «трудное», точнее трудоёмкое это муляж —
корпусное исполнение игрушки. Самое простое обличие изде-
лия, это обличие в готовом корпусе, например, подобранном по
размеру контейнере или пластиковой банке. Чуть сложнее скле-
ить футляр самому из листовой пластмассы в форме параллеле-
пипеда. Ведь нужны одинаковые пары прямоугольных пластин.
И таких пар нужно три, а ещё надо уметь клеить.
41
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
2. Чтобы самый «сказочный образ» игрушки стал явью надо,
чтобы представленное было под рукой. Материалы, использу-
емые в игрушечной тематике недороги и доступны. По мере
поглощения увлечением (если оно состоялось) баночки, ко-
робочки, обрезки разноцветной пластмассы будут накапли-
ваться сами собой, повинуясь древнему инстинкту собира-
тельства.
3. Иногда в голове рождается образ изделия и мучительно «сочиня-
ешь электронную начинку», иногда происходит наоборот. Оба
варианта жизнеспособны. Но середина лучше, лучше, когда схе-
ма конструкции формируется в сознании вместе с её внешним
обликом.
4. Идеи и образы интересных конструкций приходят в голову чаще
во время путешествий, например по улочкам родного города,
при созерцании людей, особенно юного возраста, когда они
играют.
5. Если конструкция, действительно интересна, её всегда хочется
переделать, модернизировать, усовершенствовать и в конце кон-
цов подарить.
6. Судьба любой самоделки предрешена она либо активно исполь-
зуется, пока не сломается либо торжественно пылится, демон-
стрируясь по случаю. Судьбу можно предвидеть, учитывая при
разработке внешнего вида, делая акцент на минимизацию и
прочность в первом случае, на выразительность и пылезащи-
щённость во втором.
7. Конструкции рождаются, живут и умирают, перерождаясь в но-
вые через «схемные идеи», отдавая им свои компоненты и кон-
струкционные решения.
8. При проектировании корпуса игрушки, особенно сложного,
следует начинать с определения конфигурации частей, обеспе-
чивающих механическую прочность изделия, сообразно конфи-
гурации определять места и способы крепления основных (мас-
сивных и объёмных) элементов конструкции.
9. В готовом корпусе желательно чтобы был доступ ко всем эле-
ментам схемы на предмет их замены или проверки работоспо-
собности.
42
Глава 3. О взаимозаменяемости...
10. Когда облик и материалы корпуса определены, нужно разбить
процесс изготовления на подготовительные этапы (изготовле-
ние элементов корпуса) и этапы сборки — соединение элемен-
тов в целое. Не поленится, мысленно прокрутить каждый этап в
сознании (Что? Где? Чем? Как?).
11. Начинающему, особенно юному, часто кажется, что работоспо-
собность схемы это главное, внешний вид не важен. С опытом
понимаешь, что это не так.
12. Если кто-то Вам скажет, что такое подобное он делал в своём
глубоком детстве, а сегодня это никому не надо, попросите по-
казать поделку или рассказать о ней, вдруг Вам понравиться
идея.
13. Увлечение должно приносить удовольствие — ощущаемое и ося-
заемое, если его нет, значит это не увлечение.
14. Иногда, окончательно собранная конструкция не работает, хотя
все отдельные компоненты работоспособны (так называемая не-
линейная ситуация). Причина есть и её надо искать поэтапно,
выявляя негативное влияние одних компонент на другие в сбор-
ке и при испытаниях.
15. По настоящему увлечённые, творческие люди часто задаются
вопросом — Зачем мне это надо? Не спешите искать исчерпыва-
ющий ответ.
16. Если конструкция надоела, а не доделана, отложите — может
быть, Вы к ней ещё вернётесь.
17. Конструирование реально чему-то учит, если вы постоянно
сталкиваетесь с вопросами, ответы на которые не очевидны, и
только опыт с конкретным изделием даёт вам исчерпывающий
ответ.
18. Самоделка по-настоящему будет «вашей», если вы не только её
повторили, но и чётко усвоили, принципы её работы. Тогда, воз-
можно вы захотите и сможете улучшить её. Тогда, возможно вам
придётся изготовить новый корпус под свои условия, переделать
плату или изменить её цвет.
19. Чем больше в вашей конструкции сделано своими руками, а не
использовано «готового — покупного» тем ценнее она. Вы Тво-
рец, а не «сборщик Ардуино». Потому что разные технологиче-
43
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
ские этапы изготовления должны обогащать ваш личный опыт, а
не увеличивать выручку фирменного продавца...
20. Желательно придерживаться принципа минимизации: если кон-
струкцию можно упростить без вреда её функциональным и кон-
структивным особенностям сделайте это!
Прервём на этом пункте «Манифест» и перейдём к рассмотрению
практических конструкций с целью ознакомления, повторения,
улучшения, «сочинения» собственных. Заранее просьба! Последова-
тельность не нарушать!
44
Часть 2
Глава 1
Сколько светодиодов
в гирлянде может «зажечь
пальчиковая батарейка»?
Основой предлагаемых вниманию читателей кон-
струкций является импульсный повышающий преоб-
разователь напряжения на основе блокинг-генера-
тора. Изменяя число подключенных к нему светодио-
дов и их расположение на печатной плате или за её
пределами, можно получить различные по форме и
назначению игрушки-сувениры и изделия. От кон-
струкции к конструкции невольно возникает вопрос,
сформулированный в заглавии...
Светодиодный «карандаш»
для рисования светом
Фризлайт (англ. freezelight), в буквальном переводе замороженный
свет, — это относительно молодой способ рисования, позволяющий
создавать довольно интересные картины-фотографии. Можно встре-
тить и аналогичные термины этой техники «рисования», например,
светографика (англ. light graphic), световое граффити или люмино-
графия. Для «рисования» требуются источник света и фотоаппарат с
регулируемой выдержкой продолжительностью до нескольких десят-
ков секунд. «Изображение» создаётся следующим образом. При от-
крытом затворе фотоаппарата в затемнённом помещение кто-нибудь
46
Глава 1. Сколько светодиодов в гирлянде может «зажечь батарейка»
Рис.1
«рисует» в воздухе источником света, например, фонариком или спе-
циальным «карандашом». В итоге на фотографии на чёрном фоне
«остаётся» траектория движения источника света, которая и является
рисунком.
Внешний вид двухцветного карандаша показан на рис. 1, а его схе-
ма — на рис. 2. На транзисторе VT1 собран импульсный повышаю-
щий преобразователь на-
пряжения, который питает
один из светодиодов и
включается с помощью со-
ответствующей кнопки. Ес-
ли нажать на кнопку SB1,
питающее напряжение че-
рез диод VD1 поступит на
преобразователь напряже-
ния. Когда транзистор от-
крыт, через трансформатор
протекает ток и энергия за-
пасется в его магнитном
поле. При закрывании
EL1 L-5013UGC
EL2 L-5013UYC
ХТ1
ХТ2
VD2 KD522B
Рис.2
47
Мамичев Д. «Игрушечная электроника» начинающим
транзистора на его коллекторе возникают импульсы повышенного
напряжения, которые заставляют светодиод HL1 светить — «каран-
даш» «рисует» зеленым. При нажатии на кнопку SB2 включается све-
тодиод HL2 желтого цвета свечения. Но цвета могут быть любыми.
Применены резисторы С2-23, МЛТ, кнопки — ТС-0101, транзи-
стор КТ315В можно заменить любым из серии КТ3102, диоды
КД522Б — любыми серий КД521, КД521, КД103. Трансформатор на-
мотан вдвое сложенным проводом ПЭЛ 0,3 (20 витков) на кольцевом
магнитопроводе из феррита проницаемостью 1000...2000 с внешним
диаметром 7, внутренним 5,5 и толщиной 4 мм (можно применить
два сложенных магнитопровода). Питается устройство от гальвани-
ческого элемента типоразмера ААА. Все указанные элементы смон-
тированы на односторонней печатной плате из стеклотекстолита
толщиной 1,5 мм. Её чертёж приведён на рис. 3. Гальванический эле-
мент размещён в прямоугольном отверстии платы, контакты-держа-
тели элемента ХТ1, ХТ2 изготовлены из проволоки металлической
канцелярской скрепки, их конструкцию поясняет рис. 4. Чтобы опе-
ративно менять цвета «карандаша», для установки светодиодов мож-
но применить, часть панели для микросхем в корпусе DIP.
Чтобы сделать «карандаш» трёхцветным, потребуется один двух-
цветный (например красный/зелёный) светодиод. Для светодиода с
общим анодом, например 5AYG9HW-A, потребуется единственное
изменение в схеме — последовательно с выводом кристалла красного
цвета включают резистор сопротивлением 100...200 Ом. В этом слу-
чае одновременное нажатие на кнопки даст жёлтый цвет свечения, а
подборкой добавочного резистора можно установить его оттенок. Ес-
ли применить двухцветный светодиод с общим катодом (его подклю-
чают к коллектору VT1), например L-519EGW, кроме установки до-
бавочного резистора, потребуется замена транзистора КТ315В на
КТ361 В, а также изменение полярности установки диодов и элемента
питания. Топологию печатной платы корректировать не требуется.
Для того чтобы заняться «рисованием», потребуется фотоаппарат с
режимом ручной съёмки. Начать «рисовать» «карандашом» можно с
простых картинок из одной линии, когда постоянно включён всегда
один светодиод (рис. 5). Затем — включая и выключая светодиод в
определённые моменты времени (рис. 6). На третьем этапе можно от-
48
Глава 1. Сколько светодиодов в гирлянде может «зажечь батарейка»
Рис.4
49
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
Рис.5
рабатывать манипуляции с двумя
кнопками. Далее, используя гра-
фические редакторы, на компью-
тере можно «набирать» изображе-
ние из отдельных фрагментов от-
дельных картинок (рис. 7). Во
время рисования, важно запоми-
нать, где только что была проведе-
на линия — это поможет контро-
лировать композицию, и все дета-
ли рисунка будут именно на тех
местах, где и должны находиться.
Можно заранее «набивать руку»
рисуя на листах бумаги или мелом
на доске.
Рис. 6
Рис. 7
50
Глава 1. Сколько светодиодов в гирлянде может «зажечь батарейка»
Светодиодная звезда
Орден-сувенир «Светодиодная звезда» (рис. 8) предназначен для
награждения «заслуженных людей» и может стать приятным подар-
ком или наградой. Схема «ордена» позволяет за счёт незначительного
изменения конструкции изготовить ордена различных размеров,
формы и цвета свечения. Число
лучей в звезде может варьировать-
ся от трёх до десяти.
Схема устройства представлена
на рис. 9, её основа — блокинг-ге-
нератор на транзисторе VT1 и
трансформаторе Т1. Когда транзи-
стор закрывается, в каждой из об-
моток трансформатора возникает
ЭДС самоиндукции. Суммарная
ЭДС поступает на цепь светодио-
дов HL1—HL5 и они светят. По-
скольку они включены последова-
тельно, цвет их свечения может Рис. 8
ХТ1
HL1 HL2 HL3 HL4 HL5
G1 Т +
1.5В -г
о ХТ2
В.
R13,6k
-L^.
VT1С3199
Рис.9
51
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
быть любым. Число последовательно включенных светодиодов мо-
жет достигать десяти и даже более, но с ростом их числа яркость их
свечения уменьшается.
Все элементы монтируют на односторонней печатной плате из
фольгированного стеклотекстолита толщиной 1... 1,5 мм (рис. 10).
Применен резистор МЛТ, С2-23, его номинал может быть в интерва-
ле 1...10 кОм. Транзистор С3199 заменим транзистором КТ315Б,
КТ315В, КТ315Г или любым из серии КТ3102. Светодиоды можно
использовать любые сверхъяркие с прозрачным цилиндрическим
корпусом диаметром 3 или 5 мм. Трансформатор намотан вдвое сло-
женным проводом ПЭЛ 0,2 (20 витков) на магнитопроводе К7*5,5x2
из феррита с проницаемостью 1000...2000. Элемент питания — А389 и
аналогичный, в качестве его держателя (ХТ1 и ХТ2) применены от-
резки разъёма от DVD-привода. Потребляемый устройством ток за-
висит от номинала резистора, экземпляра транзистора, числа свето-
диодов и яркости их свечения и может быть в интервале 7...20 мА.
КПД преобразователя невелико —
около 45...65 %, а его «живучесть»
при снижении напряжения пита-
ния до 0,6 В обеспечивается спо-
собностью светодиодов достаточ-
но ярко светить при токе в
0,1...0,2мА.
Конструкцию «ордена» поясня-
ют рис. 11 и рис. 12. Каркас 5 скле-
ивают из полоски плотной бумаги,
на которой, например с помощью
текстового редактора и принтера
предварительно делают надпись
«за что, кому, когда, кем». Для по-
казанной конструкции длина по-
лоски 275, а ширина 15 мм. Она
предварительно «разделена» на 11
равных отрезков, сложена в «гар-
мошку» и затем два крайних отрез-
Рис. 10 ка склеены внахлёст. Пластмассо-
Т1
Г-V-A^A^in
-1HL2
HL5
52
Глава 1. Сколько светодиодов в гирлянде может «зажечь батарейка»
Рис. 11
вое основание 1 изготовлено из листовой пластмассы толщиной 3 мм
в форме правильного пятиугольника со стороной 26 мм. В вершинах
пятиугольника сверлят отверстия и вклеивают в них штыри 4 (пять
штук) длиной 20 мм, изготовленные из стальной канцелярской
скрепки канцелярские. На лицевую сторону основания 1 в середине
приклеивают резиновую сантехническую прокладку 2, а на обрат-
ную — шайбу-магнит 8 (извлечена из DVD-привода). Это позволяет
Рис. 12
53
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
поместить его в «особо дорогих для домашних местах», например на
дверце холодильника. На штыри 4 надевают пластиковые шарики 3
(пять штук) от пружинного писто-
лета, предварительно просверлив
в них отверстия. Корпуса светоди-
одов 9 перед монтажом на плату 6
обтачивают с одной стороны на-
ждачным камнем «наискось» и за-
крашивают сточенную поверх-
ность белой краской.
Собирают звезду так. Снимают
шарики 3, смонтированную плату
6 накладывают на основание 1 и
накрывают сверху каркасом 5 так,
чтобы штыри 4 были снаружи.
Рис. 13 Сверху на них штыри плотно на-
Т1
HL1
HL4
HL5
HL7
Рис. 14
Рис. 15
54
Глава 1. Сколько светодиодов в гирлянде может «зажечь батарейка»
девают шарики 3 и устанавливают элемент питания 7. Работу «орде-
на» иллюстрирует рис. 13.
Число лучей «ордена» можно увеличить. В этом случае потребуется
существенное изменение топологии печатной платы, а конструкция
изменится незначительно. Для шести лучей чертёж печатной платы
показан на рис. 14, а для семи — на рис. 15.
55
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
Светодиодный сувенир «Сердце
двоих»
Светодиодный сувенир-игруш-
ка «Сердце двоих» (рис. 16) симво-
лизирует соединение половинок
любящих сердец в одно целое или
их расставание на некоторое вре-
мя. Его основа — уже знакомый
тебе читатель блокинг-генератор,
который питает индикатор, состо-
ящий из восемнадцати разноцвет-
ных светодиодов повышенной яр-
кости, расположенных на плате в
форме сердца. Сувенир состоит из
двух частей, и светодиоды включа-
ются только в том случае, если эти
части сложены вместе. «Сердце»
можно использовать как «оберег»
в семейной жизни. В этом случае
его можно питать от электромеха-
Рис. 16
нического генератора напряже-
ния. В авторском варианте доми-
нирующий цвет свечения светоди-
одов красный (рис. 17). Две пары
светодиодов другого (зеленого,
синего или белого) цвета обозна-
чают цветовые пристрастия «их
половинок». Можно найти много
весёлых и грустных поводов для
вручения этого сувенира.
Схема устройства представлена
на рис. 18. По сравнению с преды-
дущей конструкцией, число свето- Рис 17
56
Глава 1. Сколько светодиодов в гирлянде может «зажечь батарейка»
VD11N5818
ХТ1
G2
Рис. 18
диодов увеличено и введён диод VD1, который обеспечивает нор-
мальную работу блокинг-генератора. При удалении элемента пита-
ния G1 устройство может работать от электромеханического
генератора, состоящего из электродвигателя G2, работающего как
генератор переменного напряжения, выпрямительного моста на дио-
дах VD2—VD5, накопительного ионистора С2 и буферного конденса-
тора С1. При вращении ротора двигателя переменное напряжение
выпрямляется диодным мостом и начинается зарядка ионистора и
конденсатора. Чтобы зарядить их до напряжения 1,5...2 В потребует-
ся несколько десятков вращений. При нажатии на кнопку SB1 заря-
женный конденсатор С1 подключается к линиям питания блокинг-
генератора и светодиоды вспыхивают. После отпускания кнопки
конденсатор С1 быстро зарядится. Таким образом, после каждого на-
жатия на кнопку «сердце» вспыхивает. Для полной зарядки ионисто-
ра С2 до напряжения 2,5 В потребуется около 40 вращений шестерни,
при этом число вспышек будет 120—140. Таким образом, на каждое
зарядное вращение шестерни приходится три-четыре «удара сердца».
Потребляемый устройством ток зависит от номинала резистора и ти-
па транзистора числа и типа светодиодов и лежит в интервале от 9 до
20 мА. Общая продолжительность работы устройства от солевого эле-
мента с перерывами — около 6 ч.
57
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
В конструкции применены в основном такие же элементы. Диоды
КД522Б можно заменить любыми серий КД103, КД503, КД521,
КД522, а диод 1N5818 -диодом 1N5817 или 1N5819. Ионистор фир-
HL1O
HL9
HL8
HL11
HL7
HL12
HL6
HL13
HL14
HL4
Рис. 19
58
Глава 1. Сколько светодиодов в гирлянде может «зажечь батарейка»
мы ELNA, можно аналогичными с номинальной ёмкостью 0,047 или
0,22 Ф. Элемент 'питания применён более мощный — LR44. Двига-
тель с двумя шестернями на металлическом основании вырезан из
автомобильного CD-проигрывателя (из механизма подачи лазерной
головки), кнопка — любая малогабаритная с самовозвратом, работа-
ющая на переключение.
Все элементы собственно «сердца» на двух печатных платах, чер-
тёж которых представлен на рис. 19. Изготовлены они из одного от-
резка односторонне фольгированного стеклотекстолита размерами
43x66 мм и толщиной 1,5...2 мм. Для придания конструкции допол-
нительной надёжности поверхность платы со стороны печатных про-
водников залита клеем на основе полистирола (рис. 20), им зафикси-
рованы также трансформатор и транзистор. Платы механически и
электрически соединяются между собой с помощью магнитных разъ-
ёмов ^Tl, XT2. Каждый из них состоит из прямоугольного магнита 1
размерами 5*5*2 мм (от лазерной головки компьютерного DVD-
привода). Он припаян к печатной площадке на плате. Ответная часть
Рис. 20
59
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
Рис. 21
каждого разъёма сделана из П-образного отрезка 2 стальной прово-
локи (от канцелярской скрепки), который также припаян к плате. Из
такой же проволоки сделаны держатели ХТЗ и ХТ4. Разъём XI изго-
товлен из отрезка панели для установки микросхемы в корпусе DIP.
Корпус 2 генератора (рис. 21) склеен «секундным клеем» из отрез-
ков чёрного пластика и на лицевой панели имеет несколько отвер-
стий — для шестерней 1, выводов кнопки 6 и проводов разъёма XI 5.
На корпус приклеена
стальная шайба 3, вторая
шайба 4 закреплена на
пластмассовом держателе.
Эти шайбы нужны для
крепления «сердца» к ге-
нератору с помощью маг-
нитов, припаянных к пла-
те (см. рис. 20). В корпусе
навесным монтажом мон-
тируют диодный мост, ио-
нистор и конденсатор.
Размещение «сердца» на
генераторе показано на
рис. 22. Рис% 22
60
Глава 1. Сколько светодиодов в гирлянде может «зажечь батарейка»
Светодиодный ночной автономный
маркер
Светодиодный ночной автономный маркер — сокращённо
«СНАМ» предназначен для обозначения местоположения различных
объектов и предметов в тёмное время суток на неосвещаемых или
слабо освещаемых территориях. Он также может информировать лю-
дей о желательных или нежелательных действиях на данной террито-
рии, или просто являться элементом ланд-
шафтного дизайна — ночным декором.
Маркер представляет собой светодиодный
индикатор, условно обозначающий тот
или иной предмет или действие, набран-
ный its отдельных светодиодов. Светодио-
ды периодически вспыхивают, привлекая
внимание к маркеру. СНАМ может найти
применение в походе, на даче, в парке или
саду, на приусадебном участке. Структур-
ная схема работы изделия повторяет схему
газонного светильника — источник пита-
ния Ni-Cd аккумулятор типоразмера АА
заряжается днём от солнечной батареи, за-
питывая ночью повышающий преобразо-
ватель напряжения питания светодиодно-
го индикатора.
Внешний вид возможного варианта
маркера изображён на рис. 23, вариант
схемного решения на рис. 24, а примерные
эскизы информационных индикаторов на
рисунке 25.
На трансформаторе Т1 и транзисторе
VT2 реализован блокинг-генератор, пита-
ющий светодиоды индикатора. Энергия
электромагнитного поля, накопленного в рис 23
61
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
C1470mkF*10B УТ1,УТ2КТ315В
Рис. 24
трансформаторе при протекание тока при открытом транзисторе по-
сле его закрывания расходуется на свечение цепочек светодиодов
HL1-HL30. Транзистор VT1 управляет работой генератора. При его
открывании работа блокинг-генератора срывается и светодиоды гас-
нут. В свою очередь работой этого транзистора управляют солнечная
батарея G1 и «мигающий светодиод» HL31. При дневном освещении
ЭДС солнечной батареи через резистор R8 отпирает транзистор и га-
сит светодиодный индикатор. Диод VD4 развязывающий — он не
позволяет аккумулятору GB1 гасить индикатор ночью. Питаясь так-
же от блокинг-генератора светодиод HL31 через цепочку VD3, R7 за-
ряжает конденсатор С1 до напряжения отпирания после чего свето-
диоды гаснут, а конденсатор разряжается через переход база-эмит-
тер. После закрывания транзистора VT1 светодиоды вновь
вспыхивают. Конденсатор С2-необязателен и нужен для визуализа-
62
Глава 1. Сколько светодиодов в гирлянде может «зажечь батарейка»
ции генерации светодиода HL31 — при его наличии кристалл свето-
диода слабо мигает. Резистор R7 регулирует частоту и скважность
вспышек индикатора. Резисторы R1-R4 уравнительные. Они нужны
для компенсации яркости свечения параллельных цепочек светоди-
одов. Светодиоды в них желательно подбирать попарно-одинаковы-
ми. Если подбор верный резисторы не нужны. Если предполагается
набор цепочек из разных светодиодов с отличным числом, то номи-
нал придётся подбирать экспериментально в границах от нуля до 1К
в цепочку. Питать схему можно от аккумулятора или элемента на
1,5 В. В последнем случае контакты выключателя SA1 нужно разом-
кнуть. Потребляемый маркером ток составляет 5-10 ма в импульсе
ночью в зависимости от выставленной скважности вспышек и 0,1-
0,3 ма днём. Работоспособность сохраняется при снижении напря-
жения питания до 0,8-0,9В.
Далее о конструкции. Индикаторы можно набирать из различного
чисЯа разноцветных светодиодов от 14 доЗО (можно и больше) ис-
пользуя даже одно последовательное соединение. Их увеличение
плавно снижает яркость свечения. Конструкция (рис. 1) состоит из
четырёх элементов: штырь 1 позаимствован из газонного светильни-
ка, прозрачный корпус 2 изготовлен из пластиковой бутылки (1,5 ли-
тра), основания индикатора 3 — прямоугольный отрезок пластмассы
толщиной 1,5-2 мм и размером 80х 100 мм, солнечной батареи с кон-
тейнером для аккумулятора 4 (взят корпус от светильника). Основа-
ние 3 прикручено к днищу корпуса 4 посредством двух металличе-
ских уголков. В нём сверлят отверстия диаметром 5 мм под светодио-
ды согласно используемому эскизу индикатора. Светодиоды
вставляют с усилием и производят электрическое соединение в це-
почки тонким проводом. Остальные элементы схемы монтируют на
макетной плате и размещают внутри корпуса от светильника. В нём
делают отверстие для вывода соединительных проводов к индикато-
ру. Движок выключателя SA1 выводят через прямоугольное отвер-
стие в дне корпуса. Корпус с индикатором вставляют в прозрачный
корпус 2, используя резиновые прокладки (отрезки велосипедной
камеры размером 10*10 мм) приклеенные к днищу корпуса светиль-
ника. Штырь 1 вставляют в горловину корпуса с усилием, используя
резиновое кольцо (отрезок велосипедной камеры высотой 2-2,5 см).
63
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
"указатель"вправо
.••\
завершение
"мужской" "женский"
"крыша"
"уединение"
"вход"
"отходы"
"цветник"
Примерные эскизы информационных
светодиодных индикаторов
Рис. 25
64
Глава 1. Сколько светодиодов в гирлянде может «зажечь батарейка»
Внизу корпуса сверлят несколько отверстий для предотвращения об-
разования конденсата.
В конструкции можно использовать яркие светодиоды красного,
салатового, жёлтого, синего, белого цвета свечения в прозрачных
«круглых» корпусах диаметром 5мм, резисторы типа МЛТ. Мигаю-
щий светодиод — красного или синего цвета свечения. Транзисторы
любые отечественной серии КТ315 или импортные С3199. Диоды
VD1, VD2 серии КД522, КД521, VD3,VD4 серии 1N5817, 1N5818,
1N5819. Трансформатор намотан вдвое сложенным проводом ПЭЛ
0,2 (20 витков) на кольцевом магнитопроводе из феррита проницае-
мостью 1000...2000 с внешним диаметром 7, внутренним 5,5 и толщи-
ной 2 мм.
Налаживание маркера сводиться к регулировке резистора R7, под-
бора ёмкости конденсатора С1 для получения желаемой интенсив-
ности мигания маркера и потребления тока.
65
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
Ёлка-палка
Традиция в настоящий праздник, чем-нибудь символическим ра-
достно помахать «в крови нашего человека» — взрослого или малень-
кого. Не исключение в череде праздников конечно и Новый Год. Хо-
рошим подарком ребёнку дошкольного или младшего школьного
возраста на Новогодний утренник, по мнению автора, может стать
светодиодная игрушка «Ёлка-палка» (рисунки 26, 27).
Основой конструкции является блокинг-генератор (рисунок 28),
питающий мультивибратор импульсами повышенного напряжения.
Генератор реализован на
транзисторе VT3 и транс-
форматоре Т1, резистор
R1 — тока ограничитель-
ный. На транзисторах VT1,
VT2 и конденсаторах С1,С2
собран мультивибратор.
Ёмкость конденсаторов
С1,С2 определяет частоту
его переключения. Нагруз-
кой плеч мультивибратора
служат светодиодные гир-
лянды HL1-HL16, HL17-
HL32. Для ёлочки светоди-
оды лучше брать яркого зе-
лёного или салатового цвета
свечения количеством в
гирлянде 15-30 штук (по
желанию — в зависимости
от разработанного варианта
печатной платы игрушки),
хотя её можно украсить и
«игрушками» (светодиоды
другого цвета, формы, раз-
66
Глава 1. Сколько светодиодов в гирлянде может «зажечь батарейка»
мера). Число светодиодов гирлян-
ды также влияет на частоту их пе-
реключения. В авторском вариан-
те — ёлочка быстро «переливается
салатовым свечением» при числе
светодиодов — 16 в гирлянде и ём-
кости конденсаторов в ОД мкф.
Ток, потребляемый конструкци-
ей, составляет около 30 ма. Игруш-
ка работает при снижении напря-
жения питания до 1 В. Таким об-
разом, элемента АА хватает на
VT1,VT2SA1Q24
VT3
КТ814В 1
Рис. 28
20мм
Рис.29
67
Мамичев Д. «Игрушечная электроника» начинающим
много часов непрерывной работы
игрушки.
Далее о конструкции. Все элементы
схемы монтируются на плате (рисунок
29) из односторонне фольгированного
гетинакса габаритными размерами
60 мм на 120 мм. В основании платы
просверлены два отверстия диаме-
тром Змм под крепление пластмассо-
вой ручки (рисунок 30). Ручка при-
кручена к плате парой винтов с потай-
ной головкой. В её качестве
использован отрезок мебельной на-
правляющей от ящика письменного
стола образца 80-х. Контактные разъ-
ёмы для элемента питания сделаны из
отрезков канцелярской скрепки — со-
гнуты петельками и впаяны в плату.
Трансформатор намотан на феррито-
вом кольце диаметром 10 мм и высо-
той 4,5мм (изъят из энергосберегаю-
щей лампы), обмотки выполнены
проволокой ПЭЛ-0,3 и каждая содер- р ™
жит по 30 витков. Транзисторы SA1024
можно заменить на отечественные
КТ361Б — Г, КТ814В на германиевый МП39-МП42 с коэффициен-
том усиления не ниже 70. Настройка сводится к подбору номинала
конденсаторов Cl, C2.
68
Глава 1. Сколько светодиодов в гирлянде может «зажечь батарейка»
Светодиодная новогодняя
трёхканальная гирлянда
Какой Новый год без ёлки с гирляндами лампочек или светодио-
дов? Конечно никакой! Мигающие разноцветные огоньки делают
праздник волшебным. В радиолю-
бительской периодике за прошед-
шие годы можно найти десятки
описаний конструкций переклю-
чателей гирлянд, с простой схемо-
техникой на доступной элемент-
ной базе. Но большинство из них
рассчитаны на работу с питанием
от* сети переменного тока. Это и
понятно ведь раньше мы несли
лесную красавицу в дом или ста-
вили искусственную ёлку. Теперь
многие на зимние праздники Рис.31
C12,2mkF»16B C20/I СЗ,С40,47
VT3
VT2
VT1-VT4 SA1024
69
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
украшают деревья на улице, возле дачи и даже в лесопарках на пик-
нике. Преимущества здесь очевидны: свежий воздух, жизнь дерева
вне угрозы, полная электробезопасность гирлянд — сплошной пози-
тив. Однако найти такую гирлянду с автоматическим переключате-
лем довольно сложно, но её можно сделать самому.
Ниже представлено описание конструкции автономной новогод-
ней гирлянды (рисунок 31). Трёхканальная светодиодная наборная
гирлянда с общим числом светодиодов — 51, питающаяся от одной
«пальчиковой батарейки». Длина 4-х проводной линии около
270 см.
Схема переключателя изображена на рисунке (рисунок 32). Схема
включает в себя блокинг-генератор, реализованный на транзисторе
VT5, трансформаторе Т1, резисторе R1. Между несоединёнными вы-
водами обмоток I и II трансформатора включена нагрузка — двухсту-
пенчатый мультивибратор, управляющий работой канальных гир-
лянд HL1-HL17, HL18-HL34, HL35-HL51. Первая ступень мультиви-
братора реализована на транзисторах VT1-VT2 и времязадающих
конденсаторах Cl, C2, вторая на транзисторах VT3-VT4 и конденса-
торах СЗ,С4. При указанных на схеме номиналах конденсаторов, по-
сле замыкания ключа SA1, светодиоды каналов А и В поочерёдно
переключаются — одна гирлянда вспыхивает и слегка угасает другая
в это время слабо светится. Гирлянда С также слабо светится, вспы-
хивая в моменты переключений первых двух гирлянд.
Теперь о конструкции гирлянд и переключателя. Изготовление на-
борной гирлянды удобнее начинать с контактных плат (рисунок 33).
Их нарезают из двухсторонне фольгированного стеклотекстолита
или гетинакса размером 5мм*8мм в количестве 51 штуки. Отрезки
изоляционной трубки набирают в таком же количестве длиной 10-
11 мм. Диаметр трубки подбирают таким, чтобы плата входила в ру-
кав с небольшим усилием. Далее вставляя платы между выводов све-
тодиодов, осуществляют их монтаж, после откусывая излишки вы-
водов. Затем нарезают заготовки соединительных проводов,
используя гибкий тонкий провод с тёмным цветом изоляции. Таким
образом, комплект отрезков состоит из 50 шт*15 см; 1 шт*5см;
1 шт*10 см; 1 шт*20 см; 1 шт*25 см; 1шт*270 см. Общая длина, прово-
да составляет около 10,8 метра. Собирать гирлянду удобнее посте-
70
Глава 1. Сколько светодиодов в гирлянде может «зажечь батарейка»
контактная
плата ^_
8мм
^отрезок
изоляционной
трубки
5мм
250мм 150мм
Рис. 33
пенно, соединяя по 3-4 светодиода в канал, не забывая предваритель-
но продевать провод сквозь отрезки изоляции перед их натягиванием
на платы. Далее следует переплетать гирлянды, обвивая например,
вокруг одной последовательно две другие. Общий провод D навива-
ют на гирлянду в конце сборки от общей точки к началу (от анодов
светодиодов) гирлянд. Следует также не забывать о полярности сое-
динения светодиодов. Если все операции выполнять аккуратно, то
расстояние между светодиодами в наборе будет одинаковым — они
будут отстоять друг от друга на 5 см. Провода в общей точки соединя-
ются пайкой, место пайки закрывается изолентой. Остальные эле-
менты схемы монтируются на печатной плате размером 40 мм*55 мм
(рисунок 34). Контактные разъёмы для элемента питания сделаны из
отрезков канцелярской скрепки — согнуты петельками и впаяны в
плату. Трансформатор намотан на ферритовом кольце диаметром
10 мм и высотой 4,5мм (изъят из энергосберегающей лампы), обмот-
ки выполнены проволокой ПЭЛ-0,3 и каждая содержит по 30-35 вит-
ков. Транзисторы SA1024 можно заменить транзисторами КТ361Б —
Г, КТ814В на германиевый транзистор МП39-МП42 с коэффициен-
71
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
55mm
том усиления не ниже
70-80. Корпус изготовлен
из пластмассы толщиной
2-3 мм или можно взять
под него готовую крышку,
подходящего размера от
старого зарядного блока
питания телефона. Ток,
потребляемый переключа-
телем, составляет около
30-35ма. Выключатель пи-
тания SA1 малогабаритный
кнопочного типа с фикса-
цией или движкового —
ПД. Его можно располо-
жить, в зависимости от его
конструкции, снаружи или
внутри корпуса, фиксируя
на клей или винтами. Све-
тодиоды в конструкции
применены цилиндриче-
ские 5 мм в прозрачных
корпусах, но допустимо использование и в «цветных» корпусах, на-
пример типов L-501UGC, L-501UYC, КИПД21, АЛ307. Их общее
число может варьироваться от 27 до 54.
В заключение следует сказать что частоту и порядок переключения
«светодиодных каналов» можно регулировать подбором ёмкости
конденсаторов С1-С4, а также меняя число светодиодов в каждой
гирлянде.
Рис. 34
72
Глава 2.
Роботы-игрушки своими
руками
Игрушечные самодельные роботы это чаще всего
BEAM-роботы. Ведь BEAM-робототехника позволяет
создавать простых и интересных роботов, наделен-
ных своеобразным поведением, из доступных и рас-
пространенных компонентов и материалов без необ-
ходимости использования микроконтроллеров. Осно-
вателем этого направления робототехники является
инженер МаркТилден. BEAM — это английская аббре-
виатура, которая означает: Biology (Биология),
Electronics (Электроника), Aesthetics (Эстетика),
Mechanics (Механика). Марк решил предложить свою
концепцию развития направления, которая заключа-
ется в следующем: на все внешние факторы робот
должен реагировать самостоятельно и непосред-
ственно — без вмешательства «интеллекта», как это и
происходило в природе на пути от простых форм
жизни к сложным. Завершая вступление можно ска-
зать, что роботу — существу нужна среда обитания —
полигон, в которой он движется — живёт. В этой главе
рассказано о жизни нескольких БИМ-роботов.
73
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
Виброход
Это устройство можно с уверенностью назвать «конструкцией вы-
ходного дня», поскольку для его изготовления потребуется мало дета-
лей и немного времени. В нём применён виброзвонок от сотового
телефона. Создаваемая им вибрация приводит к тому что устройство
передвигается вперёд. Если на пути виброхода встречаются преграды
он «отскакивает» от них и изменяет направление движения. В резуль-
тате получается интересное перемещение по замкнутому лабиринту,
который можно изготовить самостоятельно.
Схема устройства показана на рис. 1. Оно содержит виброзвонок
Ml и гальванический элемент G1 напряжением 1,5 В. Поскольку
специального выключателя питания нет, вклю-
чают и выключают устройство установкой или
удалением гальванического элемента из само-
дельного держателя. Хотя виброзвонок работает
при пониженном напряжении питания, этого
вполне достаточно для движения устройства.
Конструкцию виброхода иллюстрируют рис. 2 и
рис. 3. Основанием устройства служит печатная Рис. 1
Рис.2
74
Глава 2. Роботы-игрушки своими руками
Рис.3
плата 1 из фольгированного с одной стороны стеклотекстолита тол-
щиной 1,5 мм, с двумя окнами, которые выпиливают лобзиком. Ви-
брозвонок 2 закреплён клеем в одном окне, а гальванический эле-
мент — в другом. Держатель 3 (ХТ1, ХТ2) элемента (1,5 В 389А) изго-
товлен из отрезков проволоки канцелярской скрепки. С нижней
стороны к плате приклеены «ножки» 4, которые вырезаны скальпе-
лем или резаком из куска (размерами 12 мм*20 мм стирательной ре-
зинки (ластика). Чтобы устройство перемещалось вперёд, «ножки»
должны иметь небольшой «наклон» в сторону задней части устрой-
ства. Окантовка 5 — кан-
целярская резинка, кото-
рая приклеена по торцу
платы, она смягчает уда-
ры при соприкоснове-
нии виброхода с препят-
ствием. Чертёж печатной
платы показан на рис. 4.
На плате всего две метал-
лизированные площадки
(рис. 5), к которым при-
Рис.4
4
Ж
щ
щ
5
1
15
щ
ш
шш
32
12
с 6 ..
ш
ш
шШШШШё.
12
75
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
паивают выводы виброзвонка. В середине
длинной стороны окна для гальваническо-
го элемента надфилем делают два выреза
шириной и глубиной 1 мм, в которые уста-
навливают и припаивают держатели ХТ1 и
ХТ2.
Полигон для виброхода (рис. 6) размера- >
ми 300x400 мм изготовлен из прозрачного
оргстекла толщиной 3...5 мм (основание), а
также пластиковых уголков, перегородок
из отрезков оргстекла и пластика различ-
ной длины и высотой около 20 мм. Их при-
клеивают к основанию. В качестве преград
ХТ1
ПЛАТА
Рис.5
Рис.6
можно использовать также различные пластиковые крышки, колпач-
ки. Для включения виброхода устанавливают гальванический эле-
мент в держатель, а затем «запускают» его в полигон.
76
Глава 2. Роботы-игрушки своими руками
Автоматическая подсветка для
виброхода
«Фирменный» или самодельный виброход, о котором шла речь вы-
ше, можно снабдить подсветкой (или фарой), что делает игру с ним
более интересной. Модернизация сводится к установке на виброход
повышающего преобразователя напряжения, который питает свето-
диод и управляется датчиком освещённости. При внешнем освеще-
нии светодиод не светит, а в темноте движение виброхода обознача-
ется световым пятном белого или любого другого цвета. При исполь-
зовании полигона (игрового поля) с прозрачными препятствиями и
светлым покрытием, а также нескольких виброходов с разноцветны-
ми светодиодами можно получить забавное игровое «светопредстав-
ление».
Схема преобразователя представлена на рис. 7. На транзисторе VT2
собран автогенератор, фототранзистор VT1 выполняет функции фо-
тодатчика. Если фототранзистор освещен, его сопротивление мало и
транзистор VT2 закрыт — автогенератор не работает и светодиод не
горит. При затенении фототранзистора его сопротивление увеличи-
вается и начинает работать автогенератор. Импульсы напряжения,
возникающие в момент закрывания транзистора VT2, поступают на
светодиод и он начинает светить.
Применены резисторы С2-23, МЛТ, транзистор КТ315В можно за-
менить любым из серии КТ3102. Фототранзистор «изъят» из диско-
вода гибких дисков. Светодиод —
повышенной яркости любого цве-
та свечения. Трансформатор V
намотан вдвое сложенным прово- /;1 ^
дом ПЭЛ 0,3 (20 витков) на коль-
цевом магнитопроводе из феррита • .,, £.
проницаемостью 1000...2000 с
внешним диаметром 7, внутрен- ^-
ним 5,5 и толщиной 4 мм (можно
применить два сложенных магни- pUCt у
11
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
Рис.8
то провода). Элементы схемы монтируются навесным монтажом,
скрепляя их друг с другом клеем (рис. 8). К «фирменному» виброходу
элементы приклеивают с применением пластиковой шайбы. Прово-
да питания выводят через отверстия в «брюшке».
78
Глава 2. Роботы-игрушки своими руками
Виброход идёт по линии
Эта конструкция является усовершенствованным вариантом ви-
брохода. Она снабжена ещё одним виброзвонком и «зрением», поэто-
му может передвигаться по линии.
Схема устройства показана на рис. 9. Оно содержит два виброзвон-
ка Ml и М2, питание на которые поступает через транзисторы VT2 и
VT4. Эти транзисторы управляются фототранзисторами VT1 и VT3.
Фототранзисторы контролируют освещённость подстилающей по-
верхности, и когда один из них, например VT1, освещен слабо, на-
пряжения на базе транзистора VT2 достаточно для его открывания и
напряжение питания поступает на виброзвонок Ml. В этом случае
робот поворачивает. При затемнении фототранзистора VT3 робот по-
ворачивает в другую сторону. Если затемнены оба фототранзисто-
ра — робот движется прямо.
Чертёж односторонней печатной платы из фольгированного сте-
клотекстолита толщиной 1,5 мм показан на рис. 10. Пазы и отверстия
выпиливают лобзиком или вытачивают надфилем. Некоторые выво-
ды элементов припаяны к металлизированным площадкам, и кроме
того, применён объёмный монтаж (рис. 11). Конструкцию виброхода
иллюстрирует также рис. 12. Основанием устройства служит печат-
ная плата 4. Виброзвонки 3 закреплены клеем в прорезях, а гальвани-
ческие элементы 6 удерживаются в отверстиях с помощью держате-
Рис.9
79
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
Рис. 10
Рис. 11
лей 9 (видны только два держателя), изготовленных из отрезков про-
волоки от металлической скрепки. Из таких же отрезков изготовлен
и Y-образный держатель 2 (припаян к минусовой линии питания), к
которому припаяны эмиттеры фототранзисторов 1. Контакты 7 вы-
ключателя питания также изготовлены из металлической скрепки.
80
Глава 2. Роботы-и грушки своими руками
Рис. 12
Подача питающего напряжения осуществляется размещением на
этих контактах металлического магнита 8. Магнит в форме монеты
диаметром около 11 мм, извлечён из DVD привода. В принципе по-
дойдёт и прямоугольный из лазерной головки привода. К плате со
стороны фольги приклеены две «ножки» 10, которые вырезают скаль-
пелем или резаком из куска стирательной резинки (ластика) размера-
ми 2x10x18 мм. Чтобы устройство перемещалось вперёд, «ножки»
должны иметь небольшой «наклон» в сторону задней части устрой-
ства. При желании для удобства перемещения виброхода к печатной
плате можно припаять ручку 5, также изготовленную из скрепки. Вид
виброхода с «нижней» стороны показан на рис. 13.
Предложенный вариант конструкции обеспечивает движение ро-
бота по чёрной линии на белом фоне. Здесь речь идёт о том, что воз-
можно два варианта полигона для виброхода с широкой чёрной по-
лосой или узкой белой. Положение датчиков по отношению к управ-
ляемым двигателям в разных вариантах полигона различно. Если
поменять местами фототранзисторы, робот сможет двигаться по бе-
лой линии на тёмном фоне. Полигон для виброхода делают размера-
81
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
ми примерно 300x400 мм из листового материала толщиной 3...15 мм,
на который наносят белый или чёрный фон с линиями соответствую-
щего цвета. Если детали исправны
и монтаж выполнен без ошибок,
регулировка сводится только к
установке расстояния между фо-
тотранзисторами и их высоты над
поверхностью полигона. Для это-
го изгибают Y-образный держа-
тель 2 (см. рис. 12). На светлой по-
верхности возможно ручное
управление, например ладонью.
Если затенить одновременно оба
фототранзистора — робот движет-
ся вперёд, а если только один из
них — поворачивает в ту или иную
сторону. Полигон во всех вариан-
тах с высоты 60... 100 см подсвечи-
вают лампой накаливания мощно-
стью 60... 100 Вт. рис п
82
Глава 2. Роботы-игрушки своими руками
Управляемый танк-виброход
Обилие доступных миниатюрных электродвигателей — виброзвон-
ков от старых сотовых телефонов позволяет конструировать не только
роботов, но и собратьев их меньших — различные подвижные элек-
тронно-механические игрушки. Хочу предложить тебе, читатель, кон-
струкцию игрушечного танка, которым можно управлять, изменяя
его освещенность. Модель может передвигаться по гладкой поверх-
ности, поочередно включая двигатели, а также поворачивать башню.
Схема игрушки представлена на рис. 14. Двигатель Ml приводит в
движение левую «гусеницу» модели, М2 — правую. При освещенном
фототранзисторе VT1 напряжения на его коллекторе недостаточно
для открывания транзистора VT2, поэтому двигатель Ml обесточен.
Транзистор VT3 при этом открыт и на двигатель М2 поступает пита-
ющее напряжение, в результате танк поворачивает влево с неболь-
шим продвижением вперёд. Транзистор VT4 закрыт и напряжение
питания на двигатель МЗ, управляющий поворотом башни не посту-
пает, — она находится в исходном состоянии.
Если фототранзистор затенить рукой или другим предметом, от-
кроется транзистор VT2, VT3 закроется, a VT4 откроется. Напряже-
ние поступит на двигатели Ml и МЗ, а М2 будет обесточен, поэтому
С1 220ткР»6,ЗВ
_ G2
-1,5В
Рис. 14
83
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
игрушка станет двигаться и поворачивать направо. Двигатель МЗ
вращается пока заряжается конденсатор С1 и башня поворачивается
на некоторый угол. После зарядки конденсатора ток через двигатель
МЗ определяется сопротивлением токоограничивающего резистора
R4 и не превышает нескольких миллиампер. Поэтому двигатель МЗ
останавливается. Чередуя временные интервалы затенения и освеще-
ния фототранзистора, а также их продолжительность, танк можно
«заставить» двигаться в нужном направлении.
Большинство элементов монтируют на плате из стеклотекстолита,
чертёж которой показан на рис. 15. Применены постоянные резисто-
ры МЛТ, С2-23. транзисторы КТ315В можно заменить на КТ315Б,
КТ315Г или 2SC3199. Фототранзистор извлечён из привода автомо-
бильного CD-плейера. Конденсатор — оксидный импортный, его
ёмкость может быть в интервале 100...330 мкФ.
Выключатель питания — «магнитный» самодельный. Его контакты
изготовлены из стальных канцелярских скрепок. Их припаивают к
контейнер элемента питания
плата
84
Глава 2. Роботы-игрушки своими руками
плате и изгибают таким образом, чтобы между ними было расстояние
2...3 мм. Установка на них металлического токопроводящего магнита
(от привода CD-проигрывателя) приводит к замыканию контактов и
подаче питающего напряжения на устройство. Двигатели — виброз-
вонки длиной 15...25 мм от сотовых телефонов. Для башни танка луч-
ше подобрать виброзвонок меньшего диаметра и с меньшим пуско-
вым током.
Конструкцию танка поясняет рис. 16. На плату 2 со стороны печат-
ных проводников через изоляционные прокладки приклеивают ви-
брозвонки 7 (Ml и М2). Устанавливают транзисторы, проволочные
перемычки, конденсатор, фототранзистор и резисторы. Затем при-
клеивают «гусеницы » 1 и 6 (размерами 2x10x25 мм) которые изго-
товлены из обычного ластика. Чтобы устройство перемещалось впе-
рёд, «ножки» должны иметь небольшой «наклон» в сторону задней
части устройства. На «верхнюю» сторону платы приклеивают держа-
тели 3 (выпилены из старого радиотелефона) элементов питания. Ви-
брозвонок 4, приводящий во вращение башню закреплён в пластмас-
совой трубке 5.
После «ходовых» испытаний к плате приклеивают орудийную баш-
ню, её конструкцию поясняет рис. 17. Корпус башни изготавливают
Рис. 16
85
4 3 2
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
из тонкой пластмассы (футляр
CD), наклеивая её на ластик 1 тра-
пецеидальной формы. Затем в от-
верстие в ластике 1 вклеивают ось
виброзвонка 5. Сам виброзвонок 5
с небольшим усилием вставляют в
жесткую пластмассовую трубку 6,
которую приклеивают в отверстие
основания 8. В основании для
проволочных выводов 7 виброз-
вонка делают прорезь. «Орудий-
ный ствол» изготовлен из отрезка
металлической проволоки 2 (от
скрепки), которую вставляют в ла-
стик 1. На отрезок 2 с небольшим
усилием надета ПВХ-трубка 3, на
которую, в свою очередь, надет «дульный тормоз» 4 — трубка больше-
го диаметра. Основание 8 приклеивают к печатной плате. Центр тя-
жести башни должен быть смещен в строну «орудия». Она должна
медленно поворачиваться на 0,5... 1,5 оборота за один цикл движения.
8
Рис. 17
86
Глава 2. Роботы-игрушки своими руками
«Пограничный» робот
Робот назван «пограничным», поскольку может перемещаться не
по темной (или светлой линии), нарисованной на ровной поверхно-
сти, а вдоль границы между светлым и тёмным фоном. Его отличи-
тельные особенности — отсутствие в узле управления роботом ми-
кросхем и всего один электродвигатель.
При разработке робота ставилась задача применить в его конструк-
ции доступные элементы и минимизировать их число, поэтому схема
получилась простой (рис. 18). Чувствительным элементом — датчи-
ком, который реагирует на интенсивность отраженного от подстила-
ющей поверхности света, служит фототранзистор VT1. Когда он на-
ходится над тёмной поверхностью, на него подает мало света, ток
через него мал и транзистор VT2 закрыт. Вал электродвигателя Ml
при этом вращается в одном направлении и робот смещается в сторо-
ну светлой поверхности. Когда датчик окажется на ней, ток через
фототранзистор VT1 и транзистор VT2 увеличится и реле К1 сработа-
ет. Своими контактами К1.1 и К1.2 оно изменить полярность питаю-
щего электродвигатель напряжения и робот станет смещаться в об-
ратном направлении, т. е. в сторону тёмной поверхности. Далее цикл
повторяется, тем самым обеспечивая движение робота вперёд рыска-
ющими движениями.
Цепь C1R2 создаёт небольшую задержку срабатывания реле К1 и
поэтому подстроечным резистором R2 можно изменять угол рыска-
SA1
• 6В1-3
If 4,5В
Рис. 18
87
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
ния, регулируя тем самым амплитуду отклонения датчика в интерва-
ле от нескольких миллиметров до 2,5 см от границы между тёмной и
светлой поверхностей во время движения робота. Диод VD1 предот-
вращает разрядку конденсатора С1 через резистор R1, которым уста-
навливают чувствительность датчика.
В устройстве можно применить постоянные резисторы МЛТ, С2-
23, подстроечные — любые малогабаритные маломощные, оксидный
конденсатор — импортный, С2 — KM, K10-17. Транзистор — любой
маломощный структуры n-p-п с допустимым током коллектора не
менее 100 мА и коэффициентом передачи тока базы Ь21Э не менее
100. Диоды Д220 можно заменить любыми серий КД103, КД503,
КД521, КД522. Выключатель питания движковый — ПД9 или любой
малогабаритный. Реле — DS2E-S-DC5V фирмы «Matsushita» с номи-
нальным напряжением 5 В (его предварительно его надо проверить
на надежное срабатывание при напряжении 4 В). Но более надежно
будет работать реле DS2E-S-DC3V. Подойдут также реле BT-5S.
В конструкции можно применить любые двигатели с рабочим напря-
жением 3...6 В от привода DVD-дисковода. Фототранзистор — от
компьютерной «мыши» или FDD-дисковода. Большинство элемен-
тов установлено на макетной печатной плате размерами 30x70 мм с
применением проводного монтажа. Но можно изготовить односто-
роннюю печатную плату из стеклотекстолита толщиной 1,5 мм, её
чертёж показан на рис. 19. Она предназначена для установки под-
строечных резисторов СПЗ-19.
При отсутствии малогабаритного реле с требуемым номинальным
напряжением, его можно заменить транзисторным усилителем мощ-
ности с дифференциальным выходом, схема которого показана на
рис. 20. Нумерация его элементов продолжена, а плата потребует со-
ответствующей корректировки (рис. 21). При этом взамен реле уста-
навливают резистор сопротивлением 300 Ом (R5), диод VD2 не уста-
навливают, а электродвигатель подключают в соответствии с рис. 20.
Полярность включения двигателя значения не имеет. В зависимости
от неё, робот будет двигаться по часовой или против часовой стрелки
по трассе. При исходной ошибочной ориентации робота на трассе он
сам развернётся и начнёт движение по траектории в верном направ-
лении.
88
Глава 2. Роботы-игрушки своими руками
Рис. 19
R6
о-| \\ |—ftf )
* ипп \ГТО ^Д^
к кол VT2
VT3[
K-GB1
VT3.VT8SS8050
C20J
Рис. 20
89
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
ЦМ1
30 мм
70 мм
Рис. 21
Внешний вид робота показан на рис. 22, он состоит из платформы
4 размерами 65x70 мм, изготовленной из пластмассы толщиной
2,5 мм. К ней на верхней стороне с помощью винтов крепят батарей-
ный отсек 2, а на двух стойках 5 (одну из них не видно) — печатную
плату 1. К нижней стороне прикреплено пластмассовое (толщиной
2,5 мм) основание 6 с электродвигателем и редуктором, держатели
опорных колес и штанга 3 с фототранзистором.
Размещение основных узлов на нижней стороне платформы пока-
зано на рис. 23. К ней с помощью уголка 8 из жести крепят основание
9 с электродвигателем и редуктором. Опорные колёса 1 (применены
шестерни диаметром 43 мм от кассетного видеомагнитофона) надеты
90
Глава 2. Роботы-игрушки своими руками
Рис. 22
на металлическую ось 5 длиной 110 и диаметром 2,8 мм. Они должны
свободно, но без люфта, вращаться на оси. Чтобы исключить смеще-
ние колес, с двух сторон от них на ось надеты металлические шайбы 3
и отрезки 2 эластичной трубки длиной 4 и диаметром 3,5 мм (изоля-
ция шнура компьютерной мыши). Саму ось закрепляют на платфор-
ме с помощью опор 4, изготовленных из канцелярских скрепок. От
продольного скольжения в опорах ось сдерживают надетые на неё от-
резки эластичной трубки 7 длиной несколько миллиметров. Штангу
6 длиной 60...70 мм (изготовлена из скрепки), крепят к платформе
винтом. Фототранзистор закреплён на отрезке платы (см. рис. 22).
Сам отрезок припаян к спирали из скрепки. В эту спираль туго встав-
лен отрезок упомянутой резиновой трубки длиной 12 мм, в который
вставляют штангу. Фототранзистор должен быть расположен на вы-
соте около 10 мм от поверхности чувствительной стороной к ней. Та-
кая конструкция позволяет дополнительно изменять амплитуду ко-
лебаний робота, перемещая и поворачивая датчик на штанге.
Опорные колёса должны вращаться независимо друг от друга и толь-
ко в одном направлении (вперёд) иначе робот будет «ёрзать» на месте.
91
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
Рис. 23
Для обеспечения такого движения предназначены два стопора, выре-
занные из пластмассы от пластиковой бутылки, по одному на каждое
колесо. На рис. 24 показан один из них (3), он закреплён на платформе
4 с помощью стойки 1, на которой закреплена печатная плата 2.
Конструкцию двигателя с редуктором поясняет рис. 25. К пласт-
массовому основанию 6 с помощью винтов крепят редуктор 5 с дви-
92
Глава 2. Роботы-игрушки своими руками
Рис. 24
Рис. 25
93
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
гателем 4. Скоба 8 изготовлена из металлической канцелярской
скрепки. Она не даёт промежуточной шестерёнке 7 соскальзывать со
своей оси. Вал 1 (металлический стержень длиной 48 и диаметром
4 мм с канавкой на конце взят из ЛПМ бобинного магнитофона), он
крепится с помощью подшипников скольжения в виде спирали 2 и
кольца 3, изготовленных также из скрепок. Резиновая насадка (от
DVD-привода) длиной 8 и диаметром 7 мм установлена на другом
конце вала (см. рис. 22).
Рис. 26
94
Глава 2. Роботы-игрушки своими руками
Налаживание проводят в следующей последовательности. Двига-
тель временно отключают, робота устанавливают на хорошо осве-
щенный (лампа накаливания мощностью 95 Вт на высоте 1 м) белый
лист бумаги и рядом с датчиком кладут лист бумаги черного цвета.
Подают питающее напряжение и медленно поворачивают робота так,
чтобы датчик пересекал край черного листа. Резистор R1 устанавли-
вают в положение, при котором реле будет устойчиво срабатывать
(щелкать). Затем подключают двигатель. После включения робот
должен поворачиваться на месте. Если разместить под датчиком край
черной бумаги, робот должен начать движение вдоль него. Медленно
перемещая лист черной бумаги, заставляют робота «идти» вслед за
ним. При этом наблюдают за амплитудой колебаний датчика и рези-
стором R2 устанавливают её в интервале 10...20 мм.
Полигон для испытаний робота можно изготовить из фанеры тол-
щиной несколько миллиметров и размером около 70x70 см. Один из
его возможных вариантов показан на рис. 26. «Дорогу» можно нари-
совать на белом фоне в виде непрерывной черной замкнутой линии
шириной 40...50 мм. При этом, в зависимости от внешней или вну-
тренней границы, робот будет двигаться вдоль неё по часовой стрел-
ки или против.
95
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
Робот «Пилигрим»
Эта игрушка является модернизированным вариантом «Погранич-
ного» робота и имеет более широкие возможности. Сущность модер-
низации — периодическое принудительное изменение полярности
питающего напряжения электродвигателя, что изменяет направление
движения на противоположное. Например, если робот начал переме-
шаться вдоль внешней границы темной линии по часовой стрелке, че-
рез некоторое время произойдёт переключение полярности двигателя,
и он станет двигаться в том же направлении, но по внутренней грани-
це. Следующее переключение полярности приведёт к тому, что робот
развернётся на 180 градусов и станет перемещаться по той же границе,
но уже против часовой стрелки. Если «путеводная» линия имеет много
ответвлений, робот будет двигаться по разным маршрутам и в разных
направлениях. Кроме того, он снабжен «ночным зрением» — автома-
тически включающейся подсветкой, что позволяет не сбиваться с пути
при слабом внешнем освещении или при его отсутствии.
Схема доработки релейного варианта робота показана на рис. 27
(нумерация элементов продолжает нумерацию элементов схемы на
рис. 18 и рис. 20 указанной выше статьи). На микросхеме DD1, тран-
зисторе VT9 и реле К2 собран таймер переключения полярности пи-
KBb)Bi6DD1
Н1_2АЛ307БМ
Рис. 27
96
Глава 2. Роботы-игрушки своими руками
аПО
70 мм
30 мм
oDD1o
Ю о Ю о о
VD1
ОС
кМ1
odd
kSA1 k-EL1 k-GB1
Puc. 28
тающего напряжения двигателя Ml. Эта микросхема — многоразряд-
ный счетчик с логическими элементами для построения генератора.
Частоту генератора задают элементы R11C4. Период переключения
полярности — около 15 с. Светодиод HL2 — индикаторный, он вклю-
чен, когда на реле К2 подано питающее напряжение. Конденсатор СЗ
сглаживает пульсации питающего напряжения.
«Ночное зрение» роботу обеспечивает светодиод белого цвета све-
чения HL2. Его работой управляет датчик освещения — фототран-
97
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
зистор VT10 и транзистор VT11. При освещении лампой накалива-
ния («день») полигона, по которому перемещается робот, фототран-
зистор VT10 открыт, а транзистор VT11 закрыт и светодиод HL2
выключен. Если освещение выключить («ночь»), сопротивление
фототранзистора увеличится, напряжение на базе транзистора VT11
возрастёт — светодиод загорится, подсвечивая поверхность под фо-
тотранзистором VT1 — датчиком движения робота.
Дополнительные элементы смонтированы на макетной печатной
плате размерами 30x70 мм с применением проводного монтажа (чер-
тёж варианта односторонней печатной платы показан на рис. 28).
Внешний вид модернизированного робота показан на рис. 29. До-
полнительную плату 5 крепят к стойке 7 с помощью двух скоб 6 (вто-
рую на этом рисунке не видно), изготовленных из канцелярских
скрепок и винтов. Фототранзистор VT4 3 крепят на стойке 4 высотой
3...4 см, изготовленной также из скрепки. Светодиод HL3 1 закреплён
на плате 2 датчика с помощью резистора R9.
Выводы двигателя отпаивают от основной платы и припаивают их
к дополнительной в соответствии с рис. 27.
Рис. 29
98
Глава 2. Роботы-игрушки своими руками
Если «Пограничный» робот из- DD2 -j
готовлен в варианте без примене- к коллектору VT2 ^-,К561ЛП2
ния реле (рис. 18 и рис. 20 в ука-
KR6
занной выше статье), для его дора-
ботки потребуется еще одна р ^
микросхема (рис. 30). Она сводит-
ся к установке ещё одной микро-
схемы. При этом элементы R13, VT9, VD3 и К2 не устанавливают, а
неиспользуемые входы микросхемы DD2 соединяют с минусовой ли-
нией питания. С ней же соединяют вывод 7 этой микросхемы, а вы-
вод 14 — с плюсовой линий питания. В таком режиме элемент DD2.1
работает как управляемый таймером инвертор сигнала датчика дви-
жения робота. При одном логическом уровне на выходе таймера он
пропускает сигнал на вход усилителя мощности без изменения, а в
другом инвертирует его, что эквивалентно изменению полярности
подключения двигателя. Чертёж платы для этого варианта показан на
рис. 31. Применены такие же детали, как в «Пограничном» роботе»,
микросхемы желательно установить в панель.
Налаживание проводят в следующей последовательности. Сначала
настраивают «ночное зрение» для чего отключают питание реле К2 и
отпаивают один из выводов фототранзистора VT4 и двигателя. Изги-
бая выводы резистора R9, светодиод HL3 ориентируют так, чтобы
центр отраженного от поверхности луча попадал на фототранзистор
VT1. Это можно сделать, установив робота на край зеркала и снизу
смотреть на плату фотодатчика. Затем подключают фототранзистор,
двигатель и запускают робота без внешней подсветки. Осветитель-
ный светодиод должен включиться, а робот — идти по границе ли-
нии. Для увеличения яркости осветительного светодиода можно
уменьшить сопротивление резистора R15 до 30 Ом. При включении
осветительной лампы этот светодиод должен погаснуть, а робот —
продолжить движение.
Если светодиод HL2 включается и выключается с интервалом
около 15 с, можно подать питание на реле К2 и проверить работо-
способность робота. Период переключений можно изменить под-
боркой конденсатора С4, резистора R5 или подключая точку соеди-
нения резисторов R6 и R7 к другому выходу счётчика DD1. Возмож-
99
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
70 мм
30 мм
00
к колл VT2 к R6
Рис. 31
0<
kSA1k-EL1 K-GB1
ный вариант полигона для
испытаний модернизированного
робота показан на рис. 32. Шири-
на дорожек 40...50 мм, диаметр
круга — 350 мм, большая ось эл-
липса 1000...1200 мм.
Рис. 32
100
Глава 2. Роботы-игрушки своими руками
Робот «Отшельник»
Робот назван так потому, что перемещается только внутри замкну-
того полигона, образованного чёрной линией. Отличительные осо-
бенности робота — узел управления на таймере NE555 и всего один
электродвигатель.
Ходовая часть робота с некоторыми изменениями повторяет кон-
струкцию «Пограничного» робота. Но полностью изменён алгоритм
движения — робот блуждает внутри полигона. Схема управления
электродвигателем показана на рис. 33. Чувствительным элемен-
том — датчиком, который реагирует на интенсивность отраженного
от подстилающей поверхности света, служит фототранзистор VT1.
Когда он находится над светлой поверхностью, на него падает много
отражённого света, его сопротивление мало и на управляющем входе
Е таймера (вывод 4) присутствует высокий логический уровень и тай-
мер работает в режиме генератора импульсов. Времязадающая цепь
образована конденсатором С1, подстроечным резистором R2 и дио-
дом VD1. В зависимости от положения движка резистора R2 меняет-
ся скважность импульсов на выходе таймера (вывод 3), а соответ-
ственно и время вращения двигателя в »прямую» или «обратную»
Рис.33
101
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
сторону. В зависимости от этого робот движется по белому полю пря-
мо либо по плавной кривой в ту или иную сторону.
При выходе датчика на границу полигона (на черную линию) со-
противление фототранзистора VT1 увеличивается и на входе Е тайме-
ра появляется низкий уровень. На его выходе также установится низ-
кий уровень и робот начнёт разворачиваться в сторону белого поля.
При выходе на него, благодаря конденсатору С2 состояние выхода
таймера ещё сохраняется некоторое время неизменным. Потом тай-
мер переключится и робот будет »шагать» вдоль границы. Его дове-
дение» зависит от положения движка резистора R2. Робот может дви-
гаться по границе чёрной линии, не удаляясь от неё (как погранич-
ный» робот), или заходить на белое поле на какое-то расстояние.
Чувствительность датчика регулируют резистором R3. Источником
света для освещения датчика служит светодиод EL1.
Часть деталей установлены на макетной печатной плате с примене-
нием проводного монтажа. Но можно применить и плату из фольги-
рованного стеклотекстолита, чертёж которой показан на рис. 34.
О О
GB1 к-6В2
Рис. 34
102
Глава 2. Роботы-игрушки своими руками
Рис. 35
Конструктивно робот (рис. 35) имеет несколько отличий от по-
граничного» робота. Для уменьшения износа и увеличения сцепле-
ния с поверхностью на шестерёнки-колёса установлены (приклеены)
деревянные «покрышки» 7. Плата с осветительным светодиодом и
фототранзистором помещена в футляр 1 (пластмассовая крышка от
пластиковой бутылки). К пластине-основанию 4 из оргстекла с по-
мощью винтов и стоек прикреплена плата 8, на которой размещены
держатели элементов типоразмера
ААА батарей GB1 и GB2, печатная
плата 5 и плата 6 с двигателем и ре-
дуктором. Футляр 1 крепят к осно-
ванию с помощью отрезка толстой
медной (стальной) проволоки 2 и
винтов, светодиод и фототранзи-
стор соединяют с печатной платой
многожильным кабелем от ком-
пьютерной мыши.
Внутри футляра (рис. 36) фото-
транзистор 2 и светодиод 3 уста-
новлены на печатной плате 1, ко- _ ?,
103
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
Рис. 37
торая закреплена внутри футляра винтом 4. Этим же винтом закре-
плён и отрезок медной (стальной) проволоки (см. рис. 35).
Фототранзистор и светодиод должен быть расположены в футляре
так, чтобы они были на расстоянии 10... 12 мм от поверхности полиго-
на. На светодиод надет отрезок непрозрачной резиновой трубки, что-
бы свет от него не попадал напрямую в фототранзистор.
Электродвигатель 1 (рис. 37) с крепёжными уголками крепят винта-
ми 2. При этом под уголки подложены отрезки резиновых трубок вы-
сотой 2...3 мм. Это позволит обеспечить более устойчивое сцепление
шестерёнки закреплённой на оси двигателя и шестерёнки 6, закре-
плённой на валу 3, который в свою очередь крепят к плате подшипни-
ками скольжения 5 и 7, изготовленными из канцелярских скрепок. На
конце вала закреплена резиновая насадка 4 от DVD-привода.
Чтобы разнообразить поведение робота, устройство можно допол-
нить реле времени, собранное на аналогичной микросхеме таймера
(рис. 38). В этом случае реле К1 будет периодически срабатывать и
своими контактами изменять полярность подаваемого на электро-
104
Глава 2. Роботы-игрушки своими руками
Рис. 38
двигатель напряжения. Это приведёт к тому, что робот, начав движе-
ние в одном направлении, сменит его на противоположное, затем
снова на первоначальное и т. д.
В устройстве можно применить постоянные резисторы МЛТ, С2-
23, подстроечные — любые малогабаритные маломощные, оксидные
конденсаторы — импортные. Если планируется применить реле вре-
мени, можно применить сдвоенный таймер NE556. Диод Д220 заме-
ним любым серий КД103, КД503, КД521, КД522. Выключатель пита-
ния движковый малогабаритный на два направления и два положе-
ния. Реле — DS2E-S-DC5V фирмы «Matsushita» с номинальным
напряжением 5 В, подойдут также реле BT-5S. В конструкции можно
применить любые двигатели с ра-
бочим напряжением 3...6 В от при-
вода DVD-дисковода. Фототран-
зистор — от компьютерной «мы-
ши» или FDD. Резистор R2 в реле
времени (рис. 38) подбирают, до-
биваясь надежного срабатывания
реле при напряжении каждой из
батарей 4 В. Вариант полигона по-
казан на рис. 39, его диаметр мо-
жет быть до 1 м, толщина линий
30...40 мм. п эп
Рис. 39
105
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
Робот с одним ведущим колесом
Предлагаемый робот — трёхколёсный, у него одно ведущее колесо,
которое, поворачиваясь, способно менять своё положение относи-
тельно корпуса и в любой момент может быть жестко зафиксировано
в этом положении. Если при этом изменять направление его враще-
ния, можно реализовать повороты, развороты на месте, и движение
вперёд или назад.
Предлагаемый робот — игровой, он предназначен для проведения
подвижных игр с детьми среднего школьного возраста. Один из воз-
можных вариантов игры такой. Робота располагают в центре игрово-
го сектора произвольной формы на ровной поверхности и включают.
Он устремляется к границе игрового сектора. Игрок с помощью щит-
ка преграждает путь роботу на этой границе. Столкнувшись с прегра-
дой, он движется назад, разворачивается и устремляется в новом на-
правлении. Игрок должен огибать сектор по внешней границе и
вновь преграждать путь роботу. Из игроков побеждает тот, кто доль-
ше всех удержит робота в игровом секторе.
На верхней части (рис. 40) пластмассового Г-образного основания
12 размерами 65 мм *35 мм длиной 120 мм размещены батарейный от-
сек 11, печатная плата 8 и контактный датчик 9. На нижней части
основания 12 закреплена металлическая ось 14 с двумя пластмассо-
выми опорными колесами 13 (одно не показано), металлическое
(стальное) кольцо 3 диаметром 140 мм, шириной 15 мм и толщиной
0,5 мм и пластмассовая балка 6. Электродвигатель 2, приводящий в
движение ведущее колесо 7, электромагнит 1 и держатель 4 образуют
колёсный блок, который может вращаться в секторе 900 вокруг ме-
таллической оси 5, закреплённой на балке 6. Проволочные «усы» 10
передают механические воздействия на датчик 9.
Схема устройства представлена на рис. 41. В исходном состоянии
контакты датчика столкновения SQ1 разомкнуты, транзисторы VT1,
VT2 закрыты, поэтому электромагнит YA1 и реле К1 обесточены. Ве-
дущее колесо вращается в одном направлении, и колёсный блок бы-
стро поворачивается до упора к задней стенке основания робота.
106
Глава 2. Роботы-игрушки своими руками
Рис. 40
В этом случае плоскости вращения ведущего и опорных колёс парал-
лельны (положение «вперёд-назад»), и модель движется вперёд. При
столкновении с препятствием контакты датчика SQ1 замыкаются.
Напряжение через диод VD2 и форсирующий конденсатор С1 посту-
пает на базу транзистора VT1, который подаёт питание на электро-
магнит YA1. Он притягивает стальное кольцо и фиксирует тем самым
колёсный блок в положении «вперёд-назад». После быстрой зарядки
конденсатора СЗ открывается транзистор VT2 и реле К1 сработает,
VD1-VD4
Рис.41
107
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
изменяя полярность питающего напряжения электродвигателя. Ро-
бот начнёт движение назад и контакты датчика SQ1 разомкнутся.
Пока не разряжены конденсаторы С2 и СЗ модель продолжит дви-
гаться назад. Быстрее разрядится конденсатор С2 и транзистор VT1
закроется, поэтому электромагнит «отпустит» кольцо и колёсный
блок развернётся в другое крайнее положение — «поворот». Робот
начнёт разворачиваться и после разрядки конденсатора СЗ транзи-
стор VT2 закроется, реле К1 и полярность напряжения питания элек-
тродвигателя вернутся в первоначальное состояние. Это приведёт к
тому, что колёсный блок вернётся в положение «вперёд-назад» и ро-
бот станет двигаться вперёд до следующего столкновения с препят-
ствием. Диоды VD2, VD3 обеспечивают независимую разрядку кон-
денсаторов С2 и СЗ, a VD1 и VD4 подавляют выбросы напряжения на
обмотке электромагнита и реле.
Нижняя часть конструкции показана на рис. 42. Кольцо 1 (изготов-
лено из крышки компьютерного блока питания) и пластмассовая
балка 5 толщиной 8... 10 мм закреплены на основании винтами с гай-
ками. Колёсная ось 10 длиной 120 мм и диаметром 2 мм (изготовлена
из карнизной стальной проволоки) припаяна к стойкам 9 (изготовле-
ны из металлических скрепок). На этой оси с помощью ПВХ-трубок
зафиксированы опорные колёса 8. На ось 6 колёсного блока 2 надета
трёхвитковая петля-скоба 3 (из металлической скрепки) которая за-
фиксирована с помощью колец 7 из ПВХ трубки, а винтами закре-
плена на колёсном блоке. Штифты 4 ограничивают сектор вращения
колёсного блока.
Конструкция колёсного блока представлена на рис. 43. На пласт-
массовой пластине 4 с помощью винтов с гайками 3 закреплён элек-
тромотор 8 с зубчатой передачей и двойной шестерней. С шестерни
вращение передаётся на обрезиненное ведущее колесо 7, которое на-
дето на винт 5, закрепленный с помощью гайки 6 к пластине 4 и гай-
ками 13 — к пластмассовому уголку 10. Дополнительно пластина 4
крепится к уголку 10 с помощью скоб 9 (проволока от металлической
скрепки). Чтобы уменьшить люфт ведущего колеса, на винт 5 надеты
шайба 15 и отрезок резиновой трубки 14. К пластине 4 с помощью
скобы 2 (проволока от металлической скрепки) прикреплен электро-
108
Глава 2. Роботы-игрушки своими руками
Рис. 42
магнит 1 (изготовлен из реле). Уголок 10 закреплён на оси И колёс-
ного блока отрезками 12 ПВХ-трубок.
Датчик столкновения (рис. 44) состоит из платы переключателя 2
(от CD-привода), закреплённой на пластмассовой планке 1, которая
приклеена к батарейному отсеку. Рычаг 3 с припаянными к нему про-
волочными «усами» 4 закреплен на движке переключателя.
Остальные элементы смонтированы на макетной плате с использо-
ванием проводного монтажа. Можно применить одностороннюю пе-
чатную плату из фольгированного стеклотекстолита толщиной
1,5 мм, её чертёж приведён на рис. 45. Плата соединена с электриче-
скими элементами колёсного блока при помощи гибкого четырёх-
109
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
Рис. 43
проводного кабеля и дополнительной контактной планки из фольги -
рованного гетинакса.
Применены резисторы МЛТ, С2-23, конденсаторы импортные,
диожы можнго применить любые маломощные выпрямительные или
импульсные. Транзисторы КТ315В можно заменить любыми серии
КТ3102. Реле — серии DS2EF с напряжением срабатывания 5 В фир-
мы MATSUSHITA. Электродвигатель и датчик взяты из CD-привода.
Электромагнит изготовлен из реле РЭС-6 с сопротивлением обмотки
400...600 Ом и напряжением срабатывания 12... 18 В. Его аккуратно
разбирают, удаляют металлический экран и все подвижные элементы
110
Глава 2. Роботы-игрушки своими руками
Рис. 44
kYA1 k+GB1 kM1 k-GB1
оооо 40мм
40 мм
SA1
О О О
VT1
О
о о о о о о о
OilO C2
О О О О
VD4
R1
kSQ1
.VD2
VT2
о о о
Б
VD31
R2
Рис.45
111
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
(якорь и контакты). Две имеющиеся обмотки подключают парал-
лельно синфазно — магнитные поля складываются и усиливают друг
друга, выводы соединяются накрест, лишние выводы откусывают.
Батарейный отсек можно вырезать из корпуса электрофицированной
игрушки. Кольцо вырезают при помощи ножниц по металлу. Веду-
щее колесо — обрезиненный ролик от проигрывателя пластинок,
опорные колёса — от лентопротяжного механизма кассетного магни-
тофона. Размеры деталей устройства в значительной мере зависят от
размеров имеющегося электродвигателя, ведущего колеса и батарей-
ного отсека. При этом для правильной работы в режиме «вперёд-на-
зад» плоскость вращения ведущего колеса должна быть точно посе-
редине между плоскостями вращения опорных колёс и эти плоскости
параллельны.
Налаживание электронной части сводится к подбору ёмкостей
конденсаторов С2 и СЗ для получения желаемого алгоритма движе-
ния. В механической части нужно выставить зазор несколько долей
миллиметра между электромагнитом и металлическим кольцом. До-
пустимо также небольшое трение между ними, при этом на поверх-
ность кольца желательно нанести какую-либо смазку.
112
Глава 2. Роботы-игрушки своими руками
BEAM робот «Солнечный ветроход»
Конструкция, описание которой дано ниже представляет собой
простого BEAM робота. Вкратце концепция этого направления (по-
вторюсь опять!) робототехники
звучит так: «На все внешние факто-
ры робот должен реагировать само-
стоятельно без внешнего вмеша-
тельства в любом его проявлении —
как это происходило в природе на
пути от простейших к человеку».
Иными словами помещённый во
внешнюю среду «робот живёт сво-
ей собственной жизнью», постоян-
но эволюционируя от поколения к
поколению (конечно же, не без по-
мощи своего Творца).
Внешний вид робота представ-
лен на рисунке 46. По его названию
нетрудно догадаться о его «образе
жизни»: накапливая энергию солн-
ца, робот приходит в движение под
действием ветра. Интереснее всего
наблюдать за его поведением в
«дни переменной облачности»,
когда происходит быстрая смена
освещённости при слабых порывах
ветра. Кроме наблюдений — робота
можно использовать в соревнова-
ниях на время хождения по задан-
ной прямой или окружности.
Схема конструкции изображена
на рисунке 47. Солнечная батарея
G1 питает повышающий преобра- « .,
113
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
зователь напряжения, реализованный на транзисторе VT1 и транс-
форматоре Т1. Импульсы повышенного напряжения через выпрям-
ляющий диод VD1 заряжают конденсатор С1 до напряжения около
20 В. Величина напряжения заряда конденсатора ограничивает це-
почка резистор R1 и светодиод HL1. По мере накопления заряда на
обкладках конденсатора яркость свечения светодиода увеличивается,
сигнализируя о готовности робота к движению. При кратковремен-
ном срабатывании датчика движения воздуха SB происходит зарядка
конденсатора С2 через токоограничительный резистор R3. Он пре-
дотвращает залипание контактов датчика при зарядке конденсатора.
Напряжение конденсатора подаётся на базу составного транзистора
VT3, VT4 через резистор R4. Транзистор открывается и конденсатор
С1 разряжается через обмотку двигателя Ml — робот проезжает 15-
20 см. Транзистор VT2 ограничивает ток через обмотку двигателя в
начальный момент разряда до величины 85-90 ма. Резистор R5 — дат-
чик тока. Его величина определяет максимальное значение тока дви-
гателя.
Далее об изготовлении робота. Начинать следует с подбора элек-
тродвигателя с готовым редуктором. В авторском варианте (рису-
нок 46 использован двигатель 1 от привода фотопринтера фирмы
«Филипс». Исходя из его размеров и конфигурации, изготавливают
1 Отрезок изоляции
2 Полотно флажка
3 Проволочный
шток
4 Контактно©
кольцо
5 Плата
SB1
/"S VD11N5818
(М) C12200mkF»25B
)>ry C210mkF*25B
VT1-VT4KT315B
Рис. 47
114
Глава 2. Роботы-игрушки своими руками
платформу 2 с ведущими колёсами 10 и ведомым поворотным коле-
сом 3 (прижимной ролик от кассетного магнитофона). Рисунок 49
поясняет конструкцию колёсного привода. В пластмассовом основа-
нии толщиной 2-Змм прорезают прямоугольное окно под шестерню
1, извлеченной из фотопринтера. Вал 2 также изготовлен из отрезка
вала принтера. Шестерня с усилием надевается на вал. Затем надева-
ется пара самодельных пластиковых проушин 3, в них вал 2 должен
свободно вращаться. Проушины приклеивают секундным клеем к
основанию, стараясь добиться «лёгкого вращения» вала при малом
продольном люфте. Резиновые колёса-обода 4 это прижимные вали-
ки, снятые с прижимной оси принтера. Покрышки 5 склеены из от-
резков резинового шнура детской скакалки. Их диаметр подбирают
таким, чтобы покрышки с небольшим усилием надевались на обода.
Редуктор с двигателем крепится к платформе двумя винтами МЗ с
гайками 6. Высота проушин изначально подбирается такой, чтобы
при креплении мотора-редуктора его выходная шестерня надёжно
входила в зацепление с шестерней 1. Солнечная батарея 7 выпилена
из газонного светодиодного светильника. Её следует вырезать, остав-
ляя по периметру пластмассовую окантовку шириной 4-5мм во-
избежании повреждения батареи. В связи с этим же для крепления
батареи к шасси приклеена пластмассовая пластина-переходник 8.
Для обеспечения возможности поворота батареи в двух плоскостях в
конструкции используется Г-образная стойка 9 изготовленная из от-
резка велосипедной спицы. Она с небольшим усилием вставляется в
отверстия пластмассовых параллелепипедов 5. Те в свою очередь
приклеивают секундным клеем один к пластине 8, другой к корпусу
редуктора. Ориентировать батарею на солнце удобнее держа паль-
цами верхний параллелепипед. Все элементы схемы кроме двигате-
ля и батареи монтируют на односторонне фольгированной плате
размером 30 мм*35 мм, изготовленной из гетинакса. Рисунок печат-
ных дорожек дан (рисунок 48). Плату приклеивают к корпусу редук-
тора клеем «Момент» на Т-образное основание. Основание образова-
но боковыми гранями двух самодельных пластмассовых пластин —
трапециевидной 11 и треугольной формы (на рисунке не видна).
Трапециевидная пластина приклеена к корпусу редуктора, а к ней
под прямым углом треугольная. Работу «датчика ветра» 6 — SB1 по-
115
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
ясняет рисунок 47. Проволочный
шток 3 высотой 20-30 см изготав-
ливают из стальной гибкой прово-
локи диаметром 0,7-0,8мм, кон-
тактное кольцо 4 на стойке из мед-
ной проволоки диаметром
0,8-1,0 мм. Его внутренний диа-
метр подбирают экспериментально
в интервале 1,5-2,5 мм. Стойку и
шток впаивают в соответствующие
контактные площадки платы 5.
Полотно флажка 2 делают из бума-
ги в два слоя, обклеивая отрезок
изоляции 1. Благодаря ему флажок
можно поворачивать вокруг штока
и двигать вдоль него, регулируя
чувствительность датчика в зависи-
мости от силы и направления ве-
тра. Светодиод помещён в набор-
ный тубус 12 (рисунок 46 внешнего
вида) из отрезков трубок для кок-
тейля и тонкого резинового изоля-
ционного шланга. Он защищает
светодиод от солнечной засветки.
Налаживание схемы сводится к
подбору номиналов резисторов
Rl, R5 конденсатора С1. Резисто-
ром R1 регулируют величину мак-
симального напряжение на кон-
денсаторе (оно должно быть ниже
допустимого для конденсатора),
резистором R5 ограничивают ве-
личину максимального тока через
обмотку двигателя, ёмкость кон-
денсатора определяет запас хода
робота за цикл заряда.
плата
30мм
35мм
kG1
кМ1
Рис. 48
Рис.49
116
Глава 2. Роботы-игрушки своими руками
В конструкции применены резисторы МЛТ, транзисторы серии
КТ315 (Б,В,Г). Сигнальный светодиод — яркий любого цвета свече-
ния в прозрачном цилиндрическом корпусе диаметром 5мм. Диод
VD1 можно использовать кремниевый серии КД522, КД521 или диод
Шоттки серии 1N5817, 1N5818, 1N5819. Трансформатор намотан
вдвое сложенным проводом ПЭЛ 0,2 (20 витков) на кольцевом маг-
нитопроводе из феррита проницаемостью 1000...2000 с внешним диа-
метром 7, внутренним 5,5 и толщиной 2 мм.
Настраивание робота для игры, соревнования или «жизни» сводит-
ся к регулировке (повороту) колеса 3, флажка датчика 6, ориентации
солнечной батареи на солнце. Если предполагается прямолинейное
движение робота батарею желательно точно направлять на солнце, ес-
ли движение по окружности или её дуге то удобнее батарею ориенти-
ровать параллельно поверхности движения. Поверхность должна быть
по возможности ровная с небольшим уклоном или горизонтальная.
Виброполигон для безмоторных
виброходов
Завершая изложение главы, дорогой читатель позволь дать тебе до-
машнее задание (я ведь по профессии учитель). Итак, сначала наблю-
дение: На верхней крышке вечно дребезжащей «микроволновки»
дочь разместила «фирменный» виброход. Я включил СВЧ печь для
разогрева обеда... и о «чудо» — виброход с выключенным мотором
побежал по крышке. А теперь внимание — задание: придумай кон-
струкцию полигона и его «электронную» начинку, а также конструк-
цию виброхода для него, чтобы у последнего не было двигателя. Же-
лаю успеха!
117
Глава 3
Игрушки-сувениры в подарок
и просто на память
В этой главе даны описания игрушек и сувениров для
детей и взрослых со смыслом и для забавы, релакса-
ции и отдыха.
Игрушка-сувенир «Смерть кащеева»
Идея предлагаемой игрушки навеяна одним из устройств, описанных
в книге Ньютона С. Брага «Создание роботов в домашних условиях»
(НТ Пресс, 2007). Называется оно «Экспериментальный гальванометр»
и представляет собой тонкий моток провода с подвешенной внутри (в
его плоскости) намагниченной иглой. При подключении обмотки к ис-
точнику питания игла отклоняется на некоторый угол, зависящий от
силы тока. Взяв на вооружение
идею и переложив ее на сюжет из-
вестной сказки о Кащее бессмерт-
ном, я сконструировал игрушку для
людей, относящихся к жизни фи-
лософски и с юмором...
Внешний вид сувенира (без кор-
пуса-подставки) представлен на
рис. 1. В оправе в форме яйца под-
вешена игла — символ вечной
жизни Кащея бессмертного.
С включением питания она начи- Рис. 1
118
Глава 3. Игрушки-сувениры в подарок и просто на память
нает совершать крутильные колебания в горизонтальной плоско-
сти — говоря иносказательно, она сама по себе ходит туда-сюда, туда-
сюда — целую вечность, своим движением измеряя ее...
Управляет движением колебательной системы в режиме вынуж-
денных колебаний генератор, собранный по схеме, изображенной на
рис. 2. Основа генератора — таймер КР1006ВИ1 (DD1). Частота сле-
дования и скважность формируемых импульсов подобраны (соответ-
ственно подстроенными резисторами R2 и R1) таким образом, чтобы
они поступали в катушку L1 в моменты прохождения иглой ее пло-
скости. В результате возникают устойчивые колебания иглы с ампли-
тудой в 90° (игла начнет «ходить»). Резистор R3 — токоограничитель-
ный. Подбирая его, можно в небольших пределах увеличивать или
уменьшать размах колебаний (амплитуду импульсов тока рекоменду-
ется выбирать в пределах 5... 15 мА).
Все детали игрушки, кроме катушки L1, монтируют на печатной
плате (рис. 3) из фольгированного с одной стороны стеклотекстолита
толщиной 0,8... 1 мм. Резисторы R1 и R2 — СПЗ-386, R3 — МЛТ, кон-
денсатор С1 — оксидный импортный (его устанавливают параллель-
но плате и приклеивают к ней секундным клеем), С2 — керамиче-
47k
Рис. 2
119
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
28 мм
30 мм
Рис. 3
ский КМ. Перемычку, соединяющую печатные проводники на про-
тивоположной стороне платы, изготовляют из луженого провода
диаметром 0,3...0,5 мм и впаивают до установки на место микросхе-
мы DDL Питают игрушку от батареи типоразмера 6F22 («Крона»).
Выключатель SA1 — малогабаритный любого типа.
Смонтированную плату, батарею питания и выключатель разме-
щают в подвале коробчатого основания, склеенного из листового по-
листирола. Для прохода выводов катушки в центре его верхней стен-
ки сверлят отверстие диаметром 2...3 мм.
Каркас катушки изготавливают из двух ободков, аккуратно отре-
занных от пластиковых контейнеров-стаканов, используемых для
расфасовки сметаны (рис. 4). В одном из них делают вырез шириной
[3 — Петли —-^_
Пр для крепления
Д нитки с иглой
Вывод
начала
обмотки
Катушка
с проводом
Рис.4
120
Глава 3. Игрушки-сувениры в подарок и просто на память
3...4 мм, после чего его сжимают и вклеивают секундным клеем
внутрь другого. В получившемся каркасе нагретой на газу иглой про-
калывают шесть отверстий: два (5 и 6) — под выводы катушки и четы-
ре (1 —4) — для прохода провода с целью формирования кольцеобраз-
ных петелек, к которым будет крепиться нитка с иглой.
Катушку наматывают проводом ПЭЛ или ПЭВ диаметром
0,3...0,4 мм. Его пропускают через отверстие 1 и, согнув в колечко на
оправке диаметром 1...1,5 мм, выводят через отверстие 2, затем про-
пускают через отверстие 3, формируют таким же образом еще одно
колечко и выводят вначале через отверстие 4, а затем через отверстие
5. Это будет вывод начала катушки. Далее наматывают на каркас
50...55 витков и выводят второй конец провода через отверстие 6 (вы-
вод конца катушки). Завершают изготовление катушки обмоткой на-
ружного слоя провода узкой (по ширине каркаса) полоской изоляци-
онной ленты и облуживанием выводов.
Длина иглы, на конце которой, согласно сказке, спрятана смерть
Кащея, должна быть на несколько миллиметров меньше внутреннего
диаметра каркаса катушки. Для работы в игрушке ее намагничивают,
потерев о сильный постоянный магнит (например, мощной динами-
ческой головки), затем обвязывают в середине отрезком прочной
тонкой нитки. Концы нитки привязывают к сформированным перед
намоткой колечкам провода с таким расчетом, чтобы узел на игле
располагался примерно в центре каркаса (на одинаковом расстоянии
от колечек). Во избежание «бултыханий» иглы при крутильных коле-
баниях натяжение нитки (его регулируют изменением формы и по-
ложения колечек) должно быть небольшим — ее верхняя (по рис. 1)
часть должна быть натянута под действием веса иглы, а нижняя осла-
блена. Горизонтального положения иглы добиваются смещением от-
носительно охватывающего ее узла.
Оправу катушки, напоминающую формой яйцо, изготавливают из
листового пенопласта толщиной 12... 17 мм. Заготовку и круглое от-
верстие в ней диаметром, чуть большим внешнего диаметра каркаса
катушки, вырезают острым ножом, изготовленным из ножовочного
полотна и заточенным в виде обоюдоострого клинка, или термореза-
ком. Отшлифовав наружные поверхности оправы наждачной бума-
гой, наклеенной на плоский деревянный брусок, в отверстие встав-
121
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
ляют катушку, «сажая» ее на масляно-клеевую или универсальную
шпатлевку. Затем маскируют выводы в пенопласте и той же шпатлев-
кой заделывают крупные раковины, после чего лицевые поверхности
окрашивают масляной краской белого цвета, а торцевую — черного
(использовать нитроэмали нельзя, так как они растворяют полисти-
рол). Готовый узел с помощью двух небольших брусков из пенопла-
ста и полимерного клея закрепляют на коробчатом основании, про-
пустив выводы катушки внутрь.
Перед настройкой плоскость оправы совмещают с вертикальной
плоскостью, проходящей через ось иглы (будучи намагничена, она
ведет себя, подобно стрелке компаса, располагаясь по направлению
меридиана магнитного поля Земли). Налаживание сводится к подбо-
ру таких частоты следования импульсов генератора (подстроечным
резистором R2) и скважности (резистором R1), при которых игла со-
вершает крутильные колебания максимальной амплитуды. В автор-
ском варианте необходимое для этого сопротивление первого из ре-
зисторов оказалось в пределах 45...50, а второго — 10... 15 кОм. Для
визуального контроля импульсов параллельно цепи L1R3 можно
подключить светодиод HL1 с токоограничительным резистором R4
сопротивлением 1...2 кОм (на рис. 2 показаны штриховыми линия-
ми). На появление каждого импульса светодиод будет реагировать
вспышкой.
122
Глава 3. Игрушки-сувениры в подарок и просто на память
Игрушка-сувенир «Фея оживляет
сердце»
Новая версия игрушки-сувенира отличается от предыдущей (Ма-
мичев Д. Игрушка-сувенир «Фея оживляет сердце». — Радио, 2010,
№ 2, с. 52—54.) меньшим числом микросхем, возможностью регули-
рования ряда параметров сказочного сюжета и оперативной замены
«феечек» на свой вкус. Частично изменён сюжет игрушки — добрые
феи взмахивают по очереди волшебными палочками, капли волшеб-
ства очерчивают в воздухе контур сердца, и оно вновь начинает «бить-
ся». Но лишь одна фея оживит сердце навсегда... Конструкция вы-
полнена на одной печатной плате. Игрушка может стать хорошим
подарком для девочек младшего школьного возраста.
Схема модернизированной игрушки показана на рис. 5. Выполне-
на она на десятичном счётчике с дешифратором К561ИЕ8 (DD1) и
таймере NE555 (DA1). После включения питания быстро заряжается
конденсатор С5 и на резисторе R5 формируется импульс положи-
тельной полярности. Он поступает на вход R (вывод 15) счётчика
DD1 и устанавливает его в нулевое состояние, в котором на выходе 0
(вывод 3) появляется высокий логический уровень и зажигаются све-
тодиоды HL2 и HL11 — капли волшебства. Одновременно начинает
заряжаться конденсатор С6, и транзистор VT1 кратковременно от-
крывается. В результате срабатывает механизм на основе электромаг-
нита Y1, и фея взмахивает волшебной палочкой.
Далее начинает работать мигающий светодиод HL1, и на входе CN
(вывод 14) микросхемы DD1 формируются тактовые импульсы с ча-
стотой повторения около одной секунды. В результате на выходах де-
шифратора 1—9 (выводы 3, 2, 4... 9, 11) последовательно появляется
уровень лог. 1, зажигающий пары светодйодов HL3 и HL12, HL4 и
HL13... HL10 и HL19 — капли волшебства очерчивают контур сердца.
С появлением высокого уровня на выводе 11 работа мигающего све-
тодиода HL1 блокируется через диод VD11. Одновременно через
конденсатор С5 и делитель напряжения R1R3 высокий уровень по-
ступает на вывод 4 таймера DA1, разрешая его работу, и на выходе
123
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
(вывод 3) появляются импульсы высо-
кого уровня. Через развязывающие
диоды VD12—VD20 они поступают на
светодиоды HL2—HL19 — сердце на-
чинает биться. После зарядки конден-
сатора С4 (три-четыре удара сердца)
светодиоды гаснут — цикл работы за-
вершается. Питание можно отклю-
чить, а фею заменить на новую. Неза-
метно с помощью маленького магнита
можно замкнуть контакты геркона SF1
и тем самым включить игрушку вновь.
Теперь, после волшебства, сердце бу-
дет биться без остановок.
Подбором ёмкости конденсатора С6
можно регулировать длительность
взмаха волшебной палочки феи, а кон-
денсатора С4 — число сердцебиений.
Их желаемую «наполняемость» полу-
чают, изменяя скважность импульсов
подстроечным резистором R2.
Основа конструкции игрушки — пе-
чатная плата размерами 90x85 мм из
одностороннего фольгированного ге-
тинакса или стеклотекстолита толщи-
ной 1,5 мм (рис. 6). При монтаже кон-
цы печатных проводников, обозна-
ченные одинаковыми буквами «а» и
«б», соединяют отрезками монтажного
провода. Постоянные резисторы —
МЛТ, С2-33, подстроечный — любой
подходящий по размерам, конденса-
торы С1, СЗ, С5 — керамические КМ,
остальные — оксидные импортные,
переключатель SA1 — любой малога-
баритный.
Рис. 5
124
Глава 3. Игрушки-сувениры в подарок и просто на память
с
mil hit
о
+9В
HL19(
HL13_A HL12 .
ihrd
R13 QR12
V017 VJJ/
o[>| О HL8
^R6
14 I
HL3 6 V012 V021 ,.
V013 о о о olio
Э К Б Сб"
HL7 /4?Y HL5
—О HL6 О—
VD14 1<До VT1 RT5
VD15 . ^ С2..*
V08 * VD7 * VD6
VD2
R3
-О—о
оооооооо
о о о Го о о оС<
С1 СЗ
ivgno 111^
Рис. 6
85мм
95мм
125
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
Внешний вид игрушки показан на рис. 7, а конструкция — на рис. 8.
8 качестве подставки 1 использована деталь дисковода пятидюймо-
вых дискет. Печатная плата 11 закреплена на ней под углом примерно
60° с помощью двух проволочных держателей 3 (изготовлены из кан-
целярских скрепок) и винтов МЗ с гайками (для этого концы держате-
лей согнуты в виде колечек с внутренним диаметром 3 мм). Нижним
(по рис. 7) краем плата упирается в имеющиеся у подставки отогнутые
язычки, а сзади — в приклеенный к подставке ограничитель 12 треу-
гольной формы, изготовленный из листовой пластмассы.
Как и в предыдущей версии игрушки, для управления феей исполь-
зован электромагнит с якорем от реле РЭС9, но сопротивление его об-
мотки должно быть в пределах 500...600 Ом (таково оно у реле испол-
нений РС4.529.029-00, РС4.529.029-01, РС4.529.029-07, РС4.529.029-
09 и старых реле с паспортами РС4.524.200, РС4.524.201, РС4.524.209,
РС4.524.213). Общие выводы катушек разъединены, после чего обмот-
ки соединены параллельно («накрест») для снижения напряжения
срабатывания. На печатной плате 11 механизм реле закреплён с помо-
щью Г-образного кронштейна из жести и винта 4 с гайкой МЗ.
Пластмассовая пластина 14 с окном под батарею питания 13 («Кро-
на») приклеена к подставке 1 снизу. Размеры окна выбраны такими,
Рис. 7
126
Глава 3. Игрушки-сувениры в подарок и просто на память
чтобы батарея удерживалась в пластине достаточно прочно. Для того
чтобы подставка не скользила по столу, к её опорным точкам прикле-
ены две резиновые опоры (от компьютерной клавиатуры). Пластико-
вая вставка 10 в виде сердечка выпилена из листовой пластмассы тол-
щиной 3 мм и плотно входит внутрь контура сердца, образованного
светодиодами 9. К якорю реле 5 фигурка феи 8 крепится держателем
7, также изготовленным из скрепки: её наружная часть выпрямлена,
а затем дважды согнута под прямым углом и приклеена к фигурке
клеем «Момент». Для крепления держателя к якорю реле использует-
ся небольшой постоянный магнит 6. Изображение феи можно отска-
нировать или сфотографировать из книги (Франсуаз Леглоэк, Кати
Фонтен, Калуан. Сказки о феях. — М.: Росмэн-Пресс, 2008.) и, рас-
печатав на плотной бумаге, вырезать по контуру её фигурку.
Рис.8
127
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
Ночник «Три цвета»
Появление сверхъярких светодиодов позволяет реализовать свето-
вые эффекты, которые невозможно получить при использовании
обычных светодиодов. Об одном из них и ночнике, в котором при-
менены источники света с использованием этого эффекта, и идет
речь в предлагаемой вашему вниманию статье.
Если в отрезок трубочки для коктейля с торцов вставить яркие све-
тодиоды разного цвета свечения и питать один нарастающим, а дру-
гой убывающим током, то в темноте можно наблюдать интересный
эффект: свечение одного цвета как бы «выдавливает» свечение друго-
го, образуя движущуюся от одного торца трубочки к другому область
смешанного сияния. На рис. 9 показаны фазы смены цветов свече-
ния в нескольких таких трубочках, играющих роль источников света
в предлагаемом ночнике (рис. 10). Он может работать в двух режимах:
ручного регулирования, при котором можно зафиксировать любые
яркость и сочетание цветов свечения, и автоматической плавной
смены холодного трехцветия «белый — синий — красный» мягким
сочетанием «оранжевый — желтый — зеленый», и наоборот.
Рис.9
128
Глава 3. Игрушки-сувениры в подарок и просто на память
Схема ночника изображена на рис. 11. Он содержит генератор пря-
моугольных импульсов на микросхеме DA1 и три транзисторных
ключа. Два из них (VT2, VT3) нагружены разноцветными светодиода-
ми HL1, HL3, HL5 и HL2, HL4, HL6, третий (VT1) обеспечивает про-
тивофазную работу первых двух. Резисторы Rl, R2 и конденсатор С1
определяют частоту следования импульсов генератора (при указан-
ных на схеме номиналах она равна примерно 0,1 Гц), резисторы
R9-R14 ограничивают ток через светодиоды.
При установке переключателя SA1
в положение «Ручн.» (ручное управле- \
ние) напряжение батареи питания |
G В1 через резисторы R16, R15, диоды j
VD3, VD4 и токоограничивающие ре- \
зисторы R9-R14 поступает на свето- \
диоды. Перемещая движок перемен- !
ного резистора R15 из одного крайне- j
го положения в другое, изменяют |
соотношение яркости свечения све-
тодиодов пар (HL1 и HL2, HL3 и HL4, !
HL5 и HL6) и соответствующее ему
положение области смешанного све-
чения в трубках.
С переводом переключателя в по-
ложение «Авт.» (автоматическое
управление) начинает работать гене-
ратор на микросхеме DA1. Импульс, 4
возникший на ее выходе (вывод 3), |1 !й
через диод VD1 и цепь R5C3R7 воз- : ^ i
действует на базу транзистора VT2, он %|Д Ш"m i€•?,■ , л
довольно медленно открывается, и !Щ^:;Щ; ,^:;;
включенные в его эмиттерную цепь V ? Ж
светодиоды плавно зажигаются. По ^ \
окончании импульса транзистор не- ^^>,^ '
которое время поддерживается в от-
крытом состоянии разрядным током
конденсатора СЗ, но поскольку он Рис. 10
129
Мамичев Д. «Игрушечная электроника» начинающим
CWOmkF»
UR15 J^1
t-
R14 VD1-VD4
КД522Б
X1
зел оранж. желт.
Рис. 11
убывает, яркость свечения светодиодов также плавно снижается.
С приходом следующего импульса все повторяется — светодиоды
вновь начинают светить ярче и т. д.
В момент появления первого импульса мгновенно открывается
транзистор VT1, напряжение на его коллекторе понижается практи-
чески до нуля и остается таким до наступления паузы. По этой при-
чине остается закрытым транзистор VT3, поэтому светодиоды HL2,
HL4, HL6 не горят. С наступлением паузы транзистор VT1 закрыва-
ется, напряжение на его коллекторе резко возрастает, и этот перепад
через цепь VD2R6C4R8 воздействует на базу транзистора VT3, за-
ставляя его открыться, а указанные светодиоды — зажечься.
С приходом следующего импульса транзистор VT1 вновь открыва-
ется, и заряженный к этому времени конденсатор С4 начинает мед-
ленно разряжаться через резистор R8 и эмиттерный переход VT3, ток
через него уменьшается и яркость свечения светодиодов HL2, HL4,
HL6 плавно уменьшается. Так, благодаря противофазному измене-
нию тока через светодиоды создается эффект движения смешанных
областей вверх — вниз — вверх и т. д.
130
Глава 3. Игрушки-сувениры в подарок и просто на память
SA1
<HF°
Рис. 12
Большинство деталей устройства монтируют на основной печат-
ной плате (рис. 12), изготовленной из односторонне фольгированно-
го стеклотекстолита толщиной 1...1,5 мм. Все резисторы — МЛТ,
конденсаторы С1, СЗ, С4 — оксидные серии ТК фирмы Jamicon,
С2 — керамический КМ. Переменный резистор R15 — регулировоч-
ный любого типа, переключатель SA1 — движковый ПД21-3.
Светодиоды HL1-HL6 указанных на схеме цветов свечения — лю-
бые сверхъяркие с максимальным прямым током не менее 20 мА в
корпусах диаметром 5 мм с прозрачными линзами. Из отечественных
подойдут КИПД40Т20-К4-П7 (красного цвета свечения),
КИПД40П30-Р-Д7 (оранжевого), КИПД40П30-Л4-Д7 (зеленого),
КИПД40Н20-С1-П7 (синего), КИПД40-С20-Ж-П7 (желтого),
КИПД80С20-Б1-П (белого). Светодиоды монтируют на двух круглых
печатных платах (рис. 13), диаметр которых подбирают таким, чтобы
при сборке они плотно входили в имеющиеся в распоряжении пласт-
массовые крышки 4 и 8 (рис. 14).
131
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
HL2
HL5
HL1
HL4
35мм
Рис. 13
Впаяв светодиоды 6 на место и расположив платы 1 и 5 таким об-
разом, чтобы напротив HL1 оказался HL2, а напротив HL3 и HL5 —
соответственно HL4 и HL6, на корпусы светодиодов надевают трубки
3 одинаковой длины (120... 140 мм), концы которых предварительно
обмотаны одним-двумя слоями липкой ленты 2 черного цвета (это
желательно сделать для лучшего проявления областей смешанного
свечения при работе ночника). Скрепив, таким образом, платы одну
с другой, соединяют их печатные проводники четырьмя отрезками 7
обмоточного провода марки ПЭВ-2 или ПЭВТЛ диаметром
0,4...0,5 мм. После этого к печатным проводникам нижней платы 1 в
10 9
132
Глава 3. Игрушки-сувениры в подарок и просто на память
местах, помеченных светлыми квадратами с номерами 1-7 (цифры
соответствуют номерам в позиционных обозначениях светодиодов на
рис. 11,12), припаивают жгут из семи разноцветных проводов (жела-
тельно тех же цветов, что и цвета свечения светодиодов).
Для лучшего проявления эффекта перемещения области смешан-
ного свечения в трубках необходимо до установки на место подобрать
резисторы R9-R14. Собрав макет в соответствии со схемой, изобра-
женной на рис. 15 (позиционные обозначения резисторов и светоди-
одов соответствуют рис. 11,12), подбором указанных резисторов в за-
темненной комнате добиваются того, чтобы в крайних положениях
движка переменного резистора трубки со светодиодами светились с
примерно одинаковой яркостью. При перемещении движка из одно-
го крайнего положения в другое смена цветов должна происходить
плавно и по возможности одновременно.
Далее в центре нижней (по рис. 14) крышки 8 сверлят отверстие
диаметром 7...8 мм, приклеивают к ней с наружной стороны цоколь 9
(отрезок пластиковой трубки диаметром 12... 15 мм), после чего на-
Рис.15
133
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
девают крышки на соответствующие платы. Для защиты трубок со
светодиодами от повреждений снаружи на крышки надевают ци-
линдр, свернутый из прозрачной оберточной пленки и склеенный
скотчем.
Основную плату вместе с батареей питания 6F22 («Крона»), пере-
ключателем SA1 и переменным резистором R15 монтируют в пласт-
массовом основании лампы (см. рис. 10), предварительно вырезав в
его стенках отверстия под соединительные провода и органы управ-
ления устройством.
После закрепления всех узлов пропускают жгут проводов через от-
верстие в верхней части основания, приклеивают к нему цоколь све-
тильника и, наконец, припаивают к плате соединительные провода
(цифры 1-6 у отверстий под них соответствуют номерам в позицион-
ных обозначениях светодиодов на рис. 11,12).
Потребляемый ночником ток достигает 40 мА, поэтому питать его
от батареи есть смысл только в том случае, если он будет включаться
на непродолжительное время. Если же предполагается использовать
его в дежурном режиме, то целесообразно изготовить или приобрести
готовый сетевой источник питания (адаптер) с понижающим транс-
форматором, обеспечивающий на выходе постоянное напряжение
9... 10 В при токе не ниже указанного.
134
Глава 3. Игрушки-сувениры в подарок и просто на память
Светодиодная «свеча»
Однажды в витрине одного из магазинчиков в центре Вены я уви-
дел горящие свечи на экране-подставке, покрытой роскошным бар-
хатом. Выглядело это очень красиво — языки пламени бились на лёг-
ком ветерке. Заинтересовавшись вопросом пожарной безопасности,
подошёл к стеклу. При ближайшем рассмотрении, понял, что «пла-
мя» — это подсвеченный жёлтым светодиодом миниатюрный экран-
лепесток, совершающий хаотические колебательные движения.
Отойдя на несколько шагов, вновь посмотрел на витрину. Светоди-
одная свеча на расстоянии в несколько метров выглядела как настоя-
щая. Идею захотелось повторить в самодельной конструкции, о кото-
рой пойдёт речь ниже.
Схема устройства показана на рис. 16. Оно содержит два светодио-
да разного цвета свечения и электродвигатель, которые питаются от
одного литиевого гальванического элемента. Конструкцию поясняет
рис. 17. Ось электродвигателя 6 закреплена на основании 7. Электро-
двигатель с номинальным напряжением питания около 6 В (от ком-
пьютерного или автомобильного DVD-привода). На валу двигателя
закреплён диск-подставка (плотно натянут) диаметром 27 мм, (также
от DVD-привода). К нижней части подставки приклеены несколько
резиновых амортизаторов, изготовленных из пассика от магнитофо-
на. На подставку приклеено пластиковое кольцо — отрезок оправы
для бумажной гильзы. К выводам электродвигателя припаяны рези-
сторы R1 и выключатель 1. Изменяя длину их выводов, можно регу-
лировать высоту свечи. С другой
стороны они припаяны к печат-
ным проводникам платы 2. На
плате установлены держатели эле-
мента питания 3 и светодиоды 4.
К последним приклеен экран 5.
После подачи питающего на-
пряжения загораются светодиоды,
подсвечивая экран с двух сторон. р „
135
МамичевД. «Игрушечнаяэлектроника»начинающим
HL2
G1 ХТ1 ХТ2
Рис. 17
Рис. 18
136
Глава 3. Игрушки-сувениры в подарок и просто на память
При лёгком толчке свеча начнёт вращаться относительно неподвиж-
ного основания. Благодаря инерционности глаза возникает «пламя»,
его цвет изменяют подстроечным резистором R2.
Плата изготовлена из односторонне фольгиро-
ванного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм, её чер-
тёж показан на рис. 18. Контакты ХТ1 и ХТ2 — от-
резки проволоки от металлической скрепки. Кор-
пус (в виде гильзы) изготовлен из толстой бумаги
или картона. Её наматывают на пластмассовую
оправу и склеивают (рис. 19). Экран вырезают из
тонкого пластика «молочного» цвета (от кефирной
бутылки). Его приклеивают к светодиодам.
Применён постоянный резистор МЛТ, подстро-
ечный — СПЗ-3, светодиоды — повышенной ярко-
сти свечения в прозрачном корпусе диаметром
3 мм. Сочетание цветов может разным — красный и
жёлтый (рис. 20), салатовый и оранжевый цветов.
Выключатель сделан из отрезка стеклотекстоли-
та размером 5 на 8 мм с двумя контактными пло-
щадками с отверстиями. В них впаяны отрезки
проволоки от канцелярских скрепок. Роль контак-
та — замыкателя играет магнит (изъят из лазерной pUc. 19
головки DVD-привода), на одну сто-
рону которого наклеена полоска скот-
ча. Поворачивая магнит разными сто-
ронами можно замыкать и размыкать
цепь питания схемы. Вместо само-
дельного выключателя можно ис-
пользовать геркон (во время враще-
ния магнит будет держаться на нём).
Элемент питания — литиевый дис-
ковый, на 3 В. Диаметр, примененно-
го двигателя 24 мм, высота 12 мм.
Рис. 20
137
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
Паук на нити:
вторая жизнь старого плейера
Паук на нити: вторая жизнь старого плейера-это акустический ав-
томат, реагирующий на голосовые команды. Игровую сценку с ним
можно реализовать следующим образом: с расстояния двух-трех ме-
тров громко и нараспев позвать «П-а-а-у-у-к!», и он тотчас начнет
спускаться на своей нити вниз, затем грубо скомандовать несколько
раз «Пр-о-о-чь!» и он «уберется восвояси». Дальнейшие попытки его
позвать будут бесполезны. Для «задабривания» паука его надо «уго-
стить лакомством» — открываем крышку плейера, чтобы передать
«угощение», и делаем «тайную манипуляцию». Теперь паук снова го-
тов к «общению». Далее цикл повторяется.
Основа игрушки — усилитель звуковой частоты имеющегося плей-
ера (рис. 21). Звуковые команды преобразуются электромагнитным
микрофоном ВМ в электрические, и через разделительный конден-
сатор С1 поступают на предварительный усилитель — базу транзи-
стора VT1. Затем усиленный сигнал через конденсатор С5 и регуля-
тор уровня (резистор R5) поступает на вход микросхемы УМЗЧ (вы-
вод 7). Специализированная микросхема TDA2822 содержит два
усилителя с напряжением питания 1,8... 15 В. В плейере-«доноре» они
включены по мостовой схеме, поэтому амплитуда выходного сигнала
почти достигает напряжения питания.
R3 680
SA2
ТОН-2
1600 0м
138
С7 0,01мк -*- VD1 VD4 1N4001
DA1 TDA2822M
Рис. 21
Глава 3. Игрушки-сувениры в подарок и просто на память
Усиленный сигнал выпрямляется диодным мостом VD1-VD4,
сглаживается конденсатором СЮ и подается на обмотку двигателя М.
Переключатель SA1 («тайная манипуляция») изменяет полярность
подключения двигателя — соответственно меняется направление
вращения его ротора, что заставляет паука вновь спускаться и под-
ниматься. Светодиод служит индикатором работы акустического ав-
томата.
Изготовление начинают с переделки плейера (рис. 22 и 23). Необ-
ходимо удалить всю кинематику, кроме двигателя с передачей на тон-
вал, и отрезать ту часть платы, на которой расположен регулятор ча-
стоты вращения двигателя. Остается припаять в точки соединения
платы с динамиком токоограничивающие резисторы R6, R7, доба-
вить диодный мост, сглаживающий конденсатор и светодиод. Вместо
магнитной головки подключают микрофон. В роли микрофона ис-
пользован высокоомный электромагнитный телефон (ТОН-2 или
аналогичный) — это обеспечивает высокую чувствительность аку-
стического автомата именно к звукам речи. С высококачественным
Рис. 22
139
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
Рис. 23
микрофоном (динамическим или электретным) паук может реагиро-
вать на все посторонние звуки.
В перегородке корпуса прорезают два окна — круглое под телефон
и прямоугольное под батарею, в боковой верхней поверхности в углу
вклеивают выключатель питания, его соединяют с платой тонкими
проводами. На тонвал на клей плотно одевают два пластмассовых
диска диаметром около 1 см, разделенных тонкой резиновой трубоч-
кой длиной 3...4 мм — получается катушка для сматывания-наматы-
вания «паутины» (рис. 23 внизу зелёного цвета). Внешний вид гото-
вой конструкции приведен на рис. 24.
Налаживание игрушки сводится к регулировке уровня сигнала ре-
зистором R5 для установки оптимальной дистанции и громкости ко-
манд, нужной для устойчивого срабатывания автомата. В зависимо-
сти от массы имеющегося в наличии муляжа паука необходимую тягу
двигателя устанавливают резисторами R6, R7 (в пределах 8... 16 Ом).
Длину нити необходимо подобрать такой, чтобы она разматывалась
полностью — тогда паук «уберется восвояси» без изменения направ-
ления вращения двигателя.
140
Глава 3. Игрушки-сувениры в подарок и просто на память
Рис. 24
В качестве основы игрушки можно использовать любой кассетный
плейер, важно только, чтобы его УМЗЧ был реализован по мостовой
схеме. Как правило, этому условию удовлетворяют простейшие плей-
еры со встроенным динамиком (производства КНР). Если в наличии
нет плейера, то конструкцию можно собрать самостоятельно, заме-
нив транзистор любым доступным отечественным (например, из се-
рии КТ3102, КТ503), а понижающую передачу изготовить из деталей
от электрифицированных игрушек.
141
Глава 4
Электронные игры
В главе дано описание конструкций трёх электронных
игр, двух настольных и одной подвижной.
Игра-тренажер «Таблица умножения»
Мысль о разработке описываемой в статье игрушки-тренажера
возникла после знакомства с книгой Ньютона С. Брага «Создание
роботов в домашних условиях» (НТ Пресс, 2007). В ней среди многих
простых и интересных устройств, не имеющих никакого отношения
к названию книги, есть одно, на мой взгляд, лучшее по «условию
простота—эффект». Называется оно «Аналоговый компьютер». Идея
конструкции была адаптирована к нуждам наших юных школьников.
Наверное, многие читатели вспоминают, как в детстве учили наи-
зусть таблицу умножения. Для облегчения этого нелегкого много-
дневного детского труда — в качестве подсказки — и предназначена
данная игрушка.
Внешний вид возможного варианта конструкции изображен на
рис. 4. Вращая ручки переменных резисторов, в окна выставляют па-
ру перемножаемых натуральных чисел от 0 до 10. После нажатия на
кнопку «Результат» стрелка микроамперметра отклоняется до отмет-
ки на шкале, соответствующей их произведению.
Схема тренажера представлена на рис. 1. Он содержит источник
питания — соединенные последовательно батареи GB1, GB2, стаби-
лизатор напряжения, собранный на транзисторе VT1, стабилитроне
VD1 и резисторах R4, R5, два переменных резистора Rl, R2 и воль-
142
GB198
Х2'—^- GB2 9В
Глава 4. Электронные игры
ТМеТр ПОСТОЯННОГО ТОКа, СО- A f~\ VD1 Д814Г
ставленный из микроамперме-
тра РА1 и добавочного рези-
стора R3. Стабильное
напряжение 10 В с выхода ста-
билизатора подается на пере-
менный резистор R1 с линей-
ной зависимостью сопротив-
ления от угла поворота движка.
Резистор снабжен шкалой с
десятью равномерно располо-
женными отметками с числа-
ми от 0 до 10, которые служат
первым сомножителем произведения. В зависимости от установлен-
ного по шкале числа на движке переменного резистора выделяется
часть стабильного напряжения (по рис. 1 — пять десятых). Она по-
ступает на переменный резистор R2, также снабженный шкалой, со-
держащей отметки от 0 до 10. На его движке выделяется часть от ча-
сти стабильного напряжения (по рис. 1 — это пять десятых от пяти
десятых). Таким образом, на вольтметр, образованный микроампер-
метром РА1 и резистором R3, попадает 25 сотых стабильного напря-
жения. Предел измерения вольтметра выбран равным 10 В, а шкала
содержит 100 делений. В итоге стрелка прибора при нажатии на кноп-
Puc.l
шкала 1
метка отсчета
шкала 2
фальшпанель (накладка)
Рис.2
143
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
ку SB1 отклоняется до отметки 25, что соответствует произведению
чисел 5 и 5.
Реальные показания вольтметра, конечно, будут иметь некоторую
погрешность, обусловленную точностью градуировки и установки
движков переменных резисторов Rl, R2 при работе с тренажером.
Для сведения погрешности к минимуму необходимо выполнить ус-
ловие R3>>R2>>R1, тщательно произвести градуировку и калибров-
ку шкал и по возможности точнее устанавливать их в положения, со-
ответствующие перемножаемым числам, при работе.
В игрушке применены постоянные резисторы МЛТ, подстроечный
СПЗ-386 и переменные СП-1 с функциональной характеристикой А
(R1 — сопротивлением 470—1000 Ом, R2 — 10—22 кОм). Микроам-
перметр РА1 — М906 с током полного отклонения стрелки 100 мкА и
внутренним сопротивлением 760 Ом или аналогичный со шкалой,
содержащей 100 делений (например, М24). Кнопка SB1 — любая ма-
логабаритная с фиксацией в нажатом положении, выключатель
SA1 — движковый, например ПД9-1. Транзистор КТ815В заменим
любым другим из этой серии, стабилитрон Д814Г — любым мало-
мощным с напряжением стабилизации 10... 12 В. Источник питания
игрушки — две батареи типоразмера 6F22 («Крона»). Для соединения
их между собой и с устройством используют контактные колодки от
вышедших из строя батарей этого типоразмера.
Транзистор VT1, стабилитрон VD1 и резисторы R3—R5 монтируют
на печатной плате из фольгированного с одной стороны стеклотек-
столита (рис. 3), которую с помощью гаек закрепляют на резьбовых
шпильках микроамперметра РА1 (размер А выбирают по фактиче-
скому расстоянию между ними у используемой головки). Для удоб-
ства подбора резистора R3 (об этом см. далее) в отверстия под его вы-
воды рекомендуется запрессовать монтажные стойки из луженого
провода диаметром 1 1,5 мм, к которым и припаивать подбираемые
резисторы при налаживании.
Детали игрушки и батареи питания размещают в пластмассовом
корпусе подходящих размеров. Микроамперметр с платой, перемен-
ные резисторы Rl, R2 и кнопку SB1 закрепляют на его передней стен-
ке (см. рис. 4), выключатель SA1 — на боковой. Расстояние между ося-
ми отверстий под втулки переменных резисторов — 65...75 мм. К руч-
144
Глава 4. Электронные игры
о- -Qb SA1
о о- -О к Х2
I -OR1,R2,S81
o--OkSB1
Puc.3
кам управления приклеивают
заготовки шкал — картонные
круги диаметром 55...65 мм.
Схема соединений перемен-
ных резисторов показана на
рис. 2 (вид со стороны ручек
управления сквозь накладку
с надписями).
Налаживание начинают с
установки напряжения пи-
тания 10 В и калибровки
вольтметра. Для этого уста-
навливают движки обоих
переменных резисторов в
верхнее (по схеме) положе-
ние (ручку R1 поворачивают
до упора по часовой стрелке,
a R2 также до упора, но в
противоположном направлении) и подключают к точкам А и С об-
разцовый вольтметр (например, цифровой мультиметр, включенный
на предел измерения постоянного напряжения 20 В). Затем подклю-
чают батарею питания выключателем SA1 и, нажав на кнопку SB1,
подстроечным резистором R4 устанавливают (по показаниям образ-
цового вольтметра) напряжение 10 В. В завершение подбирают рези-
стор R3 так, чтобы при нажатии на кнопку SB1 стрелка микроампер-
метра РА1 отклонялась до отметки 100, после чего образцовый воль-
тметр отключают.
Далее переходят к градуировке шкал переменных резисторов. Не
изменяя положений их ручек управления, отпаивают провода от их
средних выводов (рис. 2) и припаивают провод В к среднему выводу
резистора R1 (т. е. подключают вход вольтметра — резистор R3 — к
его движку). Включив питание (SA1) и нажав на кнопку SB1, убеж-
даются в том, что стрелка микроамперметра отклонилась до отметки
100, на заготовку шкалы резистора R1 карандашом наносят риску и
число 10. Затем ручку резистора поворачивают по часовой стрелке в
положение, в котором стрелка микроамперметра устанавливается
145
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
Рис.4
на отметку 90 (9 В) и наносят
на заготовку шкалы риску с
цифрой 9. Новым поворотом
ручки устанавливают стрелку
прибора на отметку 80 (8 В),
наносят риску и цифру 8 и т. д.,
каждый раз понижая напряже-
ние, снимаемое с движка рези-
стора, на 1 В.
Далее провод В вновь подсо-
единяют к выводу движка рези-
стора R2, отпаивают провод,
идущий клевому (по рис. 2) вы-
воду резистора R1 и припаива-
ют его к «болтающемуся» про-
воду, идущему к правому выводу резистора R2. Его шкалу градуируют
аналогично, поворачивая ручку против часовой стрелки и каждый
раз понижая напряжение на 1 В.
Закончив градуировку, восстанавливают все соединения в соответ-
ствие со схемой и переходят к калибровке. Для этого шкалы обоих
резисторов устанавливают в положения, соответствующие числам 10,
включают питание и при нажатой кнопке SB1 контролируют напря-
жение, поступающее на резистор R1. При необходимости стрелку
микроамперметра устанавливают точно на отметку 100 подстроеч-
ным резистором R4. Затем поочередно устанавливают шкалы рези-
сторов в положения, соответствующие вначале числам 9, затем 8, 7 и
т. д., проверяют результаты умножения по шкале микроамперметра и
уточняют (синхронно) положение меток (у больших чисел они могут
смещаться в сторону меньших). Окончательно их шкалы корректиру-
ют, комбинируя различным образом малые и большие числа.
Завершив налаживание, нижнюю часть передней панели, где рас-
положены шкалы переменных резисторов, закрывают накладкой с
вырезанными в ней окошками для чисел, отверстиями под ручки
управления, винты крепления и надписями, поясняющими назначе-
ние органов управления.
146
Глава 4. Электронные игры
Игра «Силомер»
Довольно часто среди аттракционов для детей можно увидеть так
называемые силомеры. Желающие оценить свои возможности нано-
сят удар по подпружиненной площадке прибора, и на его шкале или
табло отображается результат. Об одном из вариантов такого устрой-
ства и рассказывается в статье. Помимо оценки силы удара, оно по-
зволяет имитировать старинную игру по забиванию гвоздя в древеси-
ну: соперники поочередно бьют молотком по его шляпке, и побежда-
ет тот, кто наносит удар последним.
Предлагаемое устройство, конечно, не может конкурировать с
фирменными аттракционами, измеряющими силу удара в каких-ли-
бо единицах (ньютонах, килограммах-силы, динах), поскольку это —
всего лишь детская игрушка, но тем не менее с ее помощью можно
однозначно определить, чей удар сильнее, а также посоревноваться в
забивании «гвоздя».
Принципиальная схема силомера изображена на рис. 5. Его осно-
ва — микросхема CD4060B (DD1), содержащая 14-разрядный двоич-
ный счетчик и два инвертора, предназначенных для построения так-
#^
РА1 ЮОмкА
R3 47k HL1 HL2
HL1-HL2 АЛ307АМ
Рис.5
147
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
тового генератора. Частотозадающая цепь образована резисторами
R2—R4 и конденсатором С1. К выходам разрядов 4—7 (выводы
7,5,4,6) счетчика подключены резисторы R5—R8, образующие циф-
роаналоговый преобразователь (ЦАП). Тип игры выбирают пере-
ключателем SA1. В его положении, показанном на схеме («СМ» —
силомер), выход ЦАП подключен к микроамперметру РА1, в положе-
нии «ЗГ» (забивание гвоздя) эта цепь размыкается, а к выводу
счётчика подключаются соединённые последовательно светодиоды
HL1,HL2. Ток, проходящий через них, ограничивает резистор R9.
После подачи питания выключателем SA2 и нажатия на кнопку SB1
«Сброс» счетчик микросхемы DD1 обнуляется. В исходном положении
герконы SF1 и SF2 замкнуты (напротив них расположены постоянные
магниты, закрепленные на столике с ударной площадкой), на выводы
10 и 11 подан высокий логический уровень (лог. 1), поэтому тактовый
генератор не работает. В момент нанесения удара магниты отходят от
герконов, они размыкаются, генератор начинает работать и счетчик
начинает счет его импульсов. Их число пропорционально времени, в
течение которого герконы разомкнуты. После возвращения магнитов в
исходное положение, когда герконы вновь замыкаются, генератор вы-
ключается, а результат (ток, пропорциональный уровню напряжения
на выходе ЦАП) индицируется микроамперметром РА1. В исходное
состояние устройство возвращают нажатием на кнопку SB1.
Аналогично работает устройство и в игре по забиванию гвоздя (пе-
реключатель SA1 — в положении «ЗГ»). В этом режиме горят светоди-
оды HL1, HL2, символизирующие его шляпку и стержень. Игроки
поочередно наносят удары по столику до тех пор, пока на выводе 15
микросхемы DD1 не поя-
вится лог. 1 и светодиоды
не погаснут, сигнализируя
о том, что гвоздь забит.
Конструкция датчика
удара схематично показа-
на на рис. 6. В исходном
положении магниты 3, за-
крепленные на столике с
ударной площадкой 7, на-
Рис. 6
148
Глава 4. Электронные игры
ходятся напротив герконов 4, поэтому они замкнуты. При нанесе-
нии удара столик 7, преодолевая сопротивление пружины 5, закре-
пленной с помощью фланца 1 на нижней стенке корпуса устройства
2, опускается вниз (по рисунку), магниты 3 отходят от герконов 4 и
они размыкаются. Чем сильнее удар (то есть чем дольше деформи-
рована пружина 5 и разомкнуты герконы), тем выше результат.
В качестве столика 7 удобно использовать крышку от старой кофе-
молки. Пружину 5 желательно взять трех-четырех-витковую диаме-
тром 20...40 мм (например, от джойстика). Магниты 3 — любые ци-
линдрические, например, от старой компьютерной клавиатуры.
Фланцы 1 и 6 можно выточить из металла или пластмассы либо подо-
брать готовые. Все детали, кроме пружины, закрепляют с помощью
суперклея («Контакт», «Монолит», «Секунда»), а крайние витки пру-
жины с усилием надевают на фланцы. Герконы 4 располагают так,
чтобы в свободном положении столика 7 они были замкнуты.
Большинство деталей электрической части устройства монтируют
на печатной плате из односторонне фольгированного материала, из-
готовленной по чертежу, представленному на рис. 7. Плата рассчита-
на на установку постоянных резисторов МЯТ, подстроечного СПЗ-
38а и конденсатора КМ. Для питания используют батарею типораз-
мера 3R12.
Корпус устройства изготавливают из листовой пластмассы или
металла. Возможное расположение узла датчика удара, индикаторов
и органов управления на его верхней панели показано на рис. 8. Ми-
кроамперметр РА1 — любой с током полного отклонения стрелки
100 мкА. Для него желательно изготовить новую шкалу из плотной
бумаги. Ее делят на несколько одинаковых секторов, которые обо-
значают цифрами, буквами или каки-ми-либо иными символами.
Коммутационные изделия — любые малогабаритные, например,
КМ 1-1 (SB1), МТЗ (SA1), МТ1 (SA2). Светодиодам придают нужную
форму на точильном камне, после чего их вклеивают в отверстия в
верхней панели.
Налаживание устройства сводится к подбору частоты следования
импульсов тактового генератора подстроечным резистором R2. Ее
следует установить такой, чтобы при самом сильном ударе стрелка
микроамперметра не выходила за пределы последнего сектора шкалы
149
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
HL1
HL2
Рис. 7
Яркость свечения светодиодов HL1, HL2 при необходимости регули-
руют подбором резистора R9.
Удары по столику наносят кулаком или ребром ладони либо рихто-
вочным (резиновым) молотком. При этом следует стремиться не
столько к большой деформации
пружины, сколько к удержанию
ее в сжатом положении (удары с
«ОТТЯЖКОЙ»). ,^^-^Щ Д f
При отсутствии микросхемы \ |
CD4060B устройство можно со- \ \ ^ ;
брать на ее эквиваленте (см. ста- I
тью Н. Самсонова «Замена ми- \
кросхемы CD4060» в «Радио», :
2006. № 6, с. 55), однако это по-
требует соответствующих изме-
нений в чертеже печатной платы.
Рис. о
150
Глава 4. Электронные игры
Игра-уровень
Наверное, многим знакомы игры, эстафеты и соревнования на
ловкость и координацию движения с использованием стакана, до
краев наполненного водой. Сущность игрового задания — добраться
до финиша раньше других, расплескав при этом как можно меньше
воды. Описание электронной версии такой игры представлено в дан-
ной статье.
Схема игрового устройства показана на рис. 9. В него входят гене-
ратор прямоугольных импульсов на логических элементах DD1.1—
DD1.3 датчик вертикального положения на постоянном магните (на
схеме не показан) и герконах SF1—SF4, двоичный счетчик DD2 циф-
роаналоговый преобразователь на резисторах R5—R8 и стрелочный
индикатор — микроампер метр РА1.
После подачи питающего напряжения начнется зарядка конденса-
тора С2 и высокий уровень напряжения на резисторе R3 обнулит
счетчик DD2. Поскольку на выходах счетчика установятся низкие
уровни, то токи» проходящие через резисторы R5—R8, потекут через
микроамперметр РА1 — его стрелка отклонится на максимальное де-
ление шкалы На входе логического элемента DD1.4 будет низкий
уровень, а на его выходе — высокий, и генератор начнет работать.
—^ C20/I
DD2 К561ИЕ16
к выв. 14DD1, 16DD2
Л А Л Л
DD14
ГРА1
R6 750к
R7 360k
R818Ок
К ВЫВ.
7DD1.8DD2
VD1-VD4 КД522Б
R9 ЮОк
\ SB1
GB1
9В
Рис. 9
151
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
При отклонении «стакана» от
вертикального положения посто-
янный магнит приближается к од-
ному из герконов, его контакты
замыкаются и импульсы с выхода
генератора поступают на вход С
счетчика DD2 Его выходные уров-
ни меняются, и ток через микро-
амперметр РА1 уменьшается.
Чем большее число импульсов
поступит на вход С счетчика DD2,
тем меньше показания микроам-
перметра РА1. Таким образом, чем
дольше «стакан» был наклонен,
тем больше «воды из него вытек-
ло», а стрелка микроамперметра
выполняет функции индикатора
уровня жидкости в «стакане».
Когда на всех входах счетчика
DD2 — высокие уровни, ток через
микроамперметр РА1 не протека-
ет — «стакан» пуст. При этом на
входе элемента DD1.4 установится
высокий уровень, а низкий уро-
вень на его выходе блокирует ра-
боту генератора. В этом случае
датчик вертикального положения
не влияет на состояние счетчика
DD2 Устройство остается в таком
состоянии до нового игрового
цикла. Для повторного запуска
игры необходимо выключить и
снова включить устройство.
Большинство деталей монтиру-
ют на плате из односторонне
фольгированного стеклотекстоли-
оо
О
70 мм
33 мм
С2 (
of-o R5 Hh°
OOOOOOOOR4
О
О
kSB1 k-681
Рис. 10
152
Глава 4. Электронные игры
та толщиной 1,5-2 мм чертеж, ко-
торой показан на рис. 10. Датчик
вертикального положения
(рис. 11) собирают на пластине 1
из диэлектрика, например, орг-
стекла такого же размера, как и
плата, но толщиной 3 4 мм. Коль-
ца 2. 5 6 изготавливают из медной
проволоки диаметром 1-1,5 мм на
оправках подходящего размера
оставляя монтажный «ус длиной
10-20 мм. Их диаметр и расстоя-
ние между ними на пластине под-
бирают опытным путем исходя из
имеющихся герконов и необходи-
мой чувствительности датчика.
«Усы» колец вставляют в отвер-
стия пластины и приклеивают
клеем «Монолит» или эпоксид-
ным, припаивают герконы 7 и
привязывают нитью 3 к кольцу 2
стержень 4 с магнитом 8. Плату и
пластину соединяют между собой
с помощью двух стоек и винтов
так чтобы датчик вертикального
положения был расположен меж-
ду ними, и крепят ко дну корпуса
посредством двух уголков, наде-
тых на крепежные винты нижней
стойки. В качестве корпуса можно
использовать пластмассовую бан-
ку подходящего размера например
от какао. В боковой поверхности
делают круглое отверстие для
кнопки SB1 и прямоугольное от-
верстие для микроамперметра
Рис. 11
Рис.12
153
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
(рис. 12). Его располагают вертикально, чтобы максимальное деле-
ние шкалы было вверху, и закрепляют клеем.
В устройстве применены постоянные резисторы ОМЛТ, С2 СЗ
подстроечный — СПЗ 3 конденсаторы — К10 17, микроамперметр
РА1 — М476 от магнитофона с сопротивлением рамки около 900 Ом
и током полного отклонения 100 мкА. Допустимо использование ди-
одов серии КД103, КД521, КД522 с любыми буквенными индексами.
SB1 — кнопочный выключатель с фиксацией SPA 118A, SPA 118B.
Питают устройство от батареи напряжением 9 В — «Крона»,
«Корунд6Р22.
Частоту генератора можно изменять резистором R2 Чем выше ча-
стота, тем быстрее будет «выливаться вода». Если после включения
устройства стрелка микроамперметра РА1 находится не на макси-
мальном делении шкалы, потребуется подбор резисторов R5—R8.
Например, для увеличения тока на 20 % необходимо уменьшить со-
противления этих резисторов также на 20 %, сохраняя неизменным
отношение их сопротивлений.
154
Глоссарий или мудрёные словечки
Активатор — в общем смысле условие, способствующее более быстрому
протеканию процесса, например склеивания деталей «секундным клеем »
при условии повышенной влажности.
Акустический автомат — устройство, вырабатывающее управляющий сиг-
нал в ответ на звуковой, например включение света при хлопке в ладоши.
Аттракцион — (фр. attraction — притягивающий) — сооружение или
устройство, созданное для развлечений. Обычно устанавливается в местах,
предназначенных для коллективного отдыха (парки, развлекательные цен-
тры, игровые площадки).
Ацетон — органическое вещество, бесцветная подвижная летучая жид-
кость с характерным резким запахом. На практике часто используется в ка-
честве растворителя. Отнесён в список прекурсоров.
Блокинг-генератор — генератор сигналов с глубокой трансформаторной
обратной связью, формирующий кратковременные (обычно около 1 мкс)
электрические импульсы, повторяющиеся через сравнительно большие ин-
тервалы.
Бобинный магнитофон — электромеханическое устройство, предназна-
ченное для записи и воспроизведения сигналов, чаще звуковых. В качестве
физического носителя информации используется магнитная лента, намо-
танная на пластмассовые или металлические катушки, в быту употреблялось
также название «бобина».
Виброзвонок — миниатюрный электродвигатель с жестко посаженным на
вал металлическим грузиком — эксцентриком, создающим вибрации при
вращении.
Виброход — автоматическое устройство для движения по твёрдым поверх-
ностям с вибрационным движителем. В настоящее время представлен в ос-
новном многочисленными электрическими детскими игрушками...
Ночник — светильник со слабым освещением, зажигаемый на ночь для
ориентирования, например в помещении.
155
МамичевД. «Игрушечная электроника» начинающим
Глоссарий — (лат. glossarium — «собрание глосс») — словарь узкоспециа-
лизированных терминов в какой-либо отрасли знаний с толкованием, ино-
гда переводом на другой язык, комментариями и примерами.
Градуировка шкалы — метрологическая операция, при помощи которой
средство измерений (меру или измерительный прибор) снабжают шка-
лой, заключается в нанесении единиц измерения на образующуюся шка-
лу прибора.
Датчик столкновения — это самостоятельное конструктивно автономное
средство, реагирующее на резкое изменение — деформацию его чувстви-
тельного элемента и исполняющее функцию первичного преобразователя
измеряемой величины в электрическую.
Диэлектрик (изолятор) — вещество, практически не проводящее электри-
ческий ток или другими словами обладающее высоким удельным сопротив-
лением.
Ионистор — электрохимическое устройство, конденсатор с органическим
или неорганическим электролитом, «обкладками» в котором служит двой-
ной электрический слой на границе раздела электрода и электролита.
Контактная площадка — элемент печатной платы, место соединения вы-
вода элемента РЭА с контактной дорожкой, чаще пайкой.
Кощей — (возможно от кость, первоначальное значение «худой, тощий»),
в восточнославянской мифологии злой чародей, смерть которого спрятана в
нескольких вложенных друг в друга волшебных животных и предметах.
Маркер — в широком значении объект, используемый для выделения
данных элементов среди прочих-подобных, например газонный светодиод-
ный светильник как маркер местоположения дорожки.
Перемычка — конструктивный элемент, соединение — перехват между
частями чего либо, например на плате это проволочная скоба, соединяющая
печатные дорожки
Печатная дорожка — проводник из медной фольги, наклеенной на пла-
стину из диэлектрика
Полигон — среда естественного обитания роботов, в основном ровная
гладкая поверхность с расположенными на ней элементами — предметами и
нанесённой контурно-цветовой разметкой которая позволяет роботу «функ-
ционально самореализовываться».
Радиолюбитель — человек увлечённый изучением и преобразованием из-
делий, содержащих радиоэлектронные компоненты
156
Глоссарий или мудрёные словечки
Робот — устройство основное функциональное назначение, которого ас-
социировать себя в человеческом сознании с «одушевлённым организмом»,
на фоне множественности и разнообразия побочных полезных функций.
Самоделка — штучное изделие, изготовленное по известным образцам
своим особым индивидуальным способом.
Сверлилка — устройство для сверления плат, состоящее из цангового за-
жима под свёрла, насаженного на вал маломощного электродвигателя и соб-
ственно самого двигателя
Скважность — один из классификационных признаков импульсных си-
стем, определяющий отношение его периода следования (повторения) к
длительности импульса.
Сувенир — игрушечный подарок-безделушка, несущий явный или скры-
тый смысл отношений дарящего и принимающего подарок людей.
Таймер — (англ. timer < time: время) — прибор (в том числе электронный)
широкого назначения, в заданный или через заданный момент времени вы-
дающий определённый управляющий сигнал
Терморезак — электронагревательный инструмент предназначен для од-
новременной обрезки и оплавки краев синтетических материалов (пено-
пласт) в основном листовой формы
Трассировка (трассировать) — печатных плат один из этапов проектирова-
ния радиоэлектронной аппаратуры, заключающийся в пошаговом проекти-
ровании структуры проводников вручную или с использованием автомати-
зированных систем
Фея — по современным представлениям (со второй половины XIX века)
человекоподобное крошечное волшебное существо, нередко с крылышка-
ми, творящее добро и помогающее людям.
Фольгирование — это процесс нанесения фольги (медной) на листовой
диэлектрик с последующим склеиванием материалов под действием давле-
ния и высокой температуры.
Элемент РЭА — «первокирпичек», далее неделимая часть электрической
схемы или готовой конструкции РЭА, например резистор, конденсатор,
транзистор, микросхема.
157
Послесловие
Ну, вот читатель ты и добрался до финала книги. Когда она была
рукописью и велись переговоры с представителями издательств на
предмет её публикации, одно из московских в лице его генерального
директора, мотивируя отказ, сформулировало несколько своеобраз-
ных тезисов.
Первый что все конструкции книги — для школьников восьмиде-
сятых и сегодня никому неинтересны. Второй: микроконтроллеры
сейчас основа электронных игрушек и только это актуально. Третий
(самый грустный для автора): востребованность тиража этой книги
100-200 экземпляров, потому что начинающих радиолюбителей про-
сто больше нет.
Получается книга своего рода тест на проверку справедливости те-
зисов. А что думаете Вы — читатели?
Отзывы, мнения прошу присылать на адрес: d_i_mamichev@mail.ru
И ещё.... Любое техническое конструирование подразумевает эта-
пы задумывания сюжета конструкции, осознание соответствия своих
возможностей требованиям задуманного, подбор комплектующих,
изготовление и сборка, испытания и модернизация, трансформация
изделия в новые конструкторские идеи. Для упрощения этого нелёг-
кого пути придуманы готовые конструкторы, различной сложности и
направленности. Но читатель! Конструктор не самоцель, это лишь
инструмент, экономящий твоё время на пути творческой самореали-
зации. Инструмент этот должен быть простым, доступным в обраще-
нии и по возможности универсальным в плане прохождения этапов
конструирования. По мере их усложнения, ты поймёшь, что кон-
структоры (особенно по формуле «всё включено») лишь маленькая
ступень в твоём творчестве. Успехов и удачи!
158
Список используемой литературы
При написании данной книги мною были использованы материа-
лы авторских статей в следующем порядке:
Мамичев Д. Светодиодный «карандаш» для фризлайта // РАДИО
2014; № 6; с. 47
Мамичев Д. Светодиодные игрушки-сувениры // РАДИО 2014;
№ 10; с. 49
Мамичев Д. Виброход // РАДИО 2013; № 6; с. 49
Мамичев Д. Виброход с автоматической подсветкой // РАДИО
2014; №4; с. 47.
Мамичев Д. Виброход идёт по линии // РАДИО 2013; № 11; с. 49
Мамичев Д. Управляемый танк-виброход // РАДИО 2014; № 7;
с. 50
Мамичев Д. «Пограничный» робот// РАДИО 2013; № 1; с. 51
Мамичев Д. Робот «Пилигрим» // РАДИО 2013; № 5; с. 51
Мамичев Д. Робот-«отшельник» // РАДИО 2013; № 7; с. 53
Мамичев Д. Робот с одним ведущим колесом // РАДИО 2014; № 5;
с. 49
Мамичев Д. Игрушка-сувенир «Смерть Кощея» // РАДИО 2011;
№ 8; с. 54
Мамичев Д. Игрушка-сувенир «Фея оживляет сердце»-2 // РАДИО
2014; №1; с. 49
Мамичев Д. Ночник «Три цвета» // РАДИО 2010; № 7; с. 48
Мамичев Д. Светодиодная «свеча» // РАДИО 2014; № 12; с. 41
Мамичев Д. Паук на нити: вторая жизнь старого плейера // РАДИО
2011; №3; с. 52
Мамичев Д. Игрушка-тренажёр «Таблица умножения» // РАДИО
2011; №9; с. 49
Мамичев Д. Силомер // РАДИО 2007; № 3; с. 58
Мамичев Д. Игра «Уровень» // РАДИО 2007; № 11; с. 60
159